[发明专利]一种重组酵母菌株以及微生物混菌产电的方法

说明书

本发明涉及生物能源技术领域，公开了一种重组酵母菌株以及微生物混菌产电的方法。本发明所述重组酵母菌株的PDC1、PDC5、PDC6、ADHI、ADH4基因被敲除，并插入LDH、XR、XDH和XKS基因。同时本发明构建了以葡萄糖和木糖为碳源的酵母‑希瓦氏混菌体系，通过改造酿酒酵母，使其能够代谢葡萄糖和木糖，产生乳酸，在MFC中为希瓦氏菌提高碳源和电子供体，不仅增加了希瓦氏菌可利用的碳源谱，而且在电化学效果上也表现出较佳性能，为人类对生物质的研究和新能源转化方式鉴定基础。

技术领域

本发明涉及生物能源技术领域，更具体的说是涉及一种重组酵母菌株以及微生物混菌产电的方法。

背景技术

能源短缺和环境污染是我国现今面临的日益严峻的问题，因而能源开发和环境废物治理及过程中能源可再生利用成为了我国现代社会进行可持续发展的一大挑战。科学家们不断寻找新的技术解决方案，其中微生物燃料电池(MicrobialFuelCell,MFC)就是其中之一用来产生可替代能源和环境废物治理新装置，并且其重要性现今日益显现。

MFC是利用产电微生物作为阳极催化剂将有机物中的化学能转化为电能的装置。微生物产电能力相差很大，产电微生物决定着MFC的功能及应用，希瓦氏菌属是目前发现的广泛用于MFC中产电的微生物之一，其代谢路径和胞外电子传递路径研究的比较明确。

近年来，随着经济技术的发展和人类思想意识的提高，出现了多种新能源的转化方式。比如利用淤泥产电。然而淤泥成分非常复杂，很多菌体及碳源作用关系不明确。此外，希瓦氏菌可利用的碳源谱也较窄。因此，探索混菌体系的微生物产电方法，不仅能够弥补希瓦氏菌的一些缺陷，而且也能够提高MFC的电化学效果。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种重组酵母菌株以及微生物混菌产电的方法，使得所述重组酵母菌株能够与希瓦氏菌组成混菌体系进行MFC产电，并具备多个周期的较佳的电化学效果。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种重组酵母菌株，所述重组酵母菌株的PDC1、PDC5、PDC6(PDC为丙酮酸脱羧酶)、ADHI、ADH4(ADH为乙醛脱氢酶)基因被敲除，并插入LDH(乳酸脱氢酶)、XR(木糖还原酶)、XDH(木糖脱氢酶)和XKS(木酮糖激酶)基因。

本发明通过敲除PDC1、PDC5、PDC6三个丙酮酸脱羧酶以及ADHI、ADH4两个乙醛脱氢酶，敲除了酿酒酵母产乙醇途径，并通过插入LDH至ADHI和PDC1处，插入XR、XDH和XKS基因至delta位点，使酿酒酵母能够代谢葡萄糖和木糖，可以产生乳酸(基因改造示意图见图1)，同时乳酸能够在MFC中为希瓦氏菌提高碳源和电子供体，不仅增加了希瓦氏菌可利用的碳源谱，而且酵母主要沉积在MFC底部，不与希瓦氏菌竞争碳布电极，减小了电池内阻，避免了肠杆菌容易与希瓦氏菌竞争碳布电极的问题。

在本发明具体实施方式中，所述重组酿酒酵母菌株以酿酒酵母BY4741为出发菌株进行重组改造。各基因的敲除和插入可通过构建上下游同源臂并借助酵母同源重组机制来完成，其中PDC1、PDC5、PDC6、ADHI、ADH4基因的敲除和LDH基因插入方法可参考专利201510516170.X。

在本发明具体实施方式中，所述LDH基因来源于牛，所述XR、XDH和XKS基因来源于毕赤酵母(依次如SEQ ID NO:1-3所示)。

基于本发明所述重组酿酒酵母的功能，本发明提出了所述重组酵母菌株在和希瓦氏菌联合MFC产电或制备MFC中的应用。在本发明具体实施方式中，本发明以所述重组酿酒酵母菌株和希瓦氏菌MR-1联合进行MFC发电，电化学效果显示，MFC的最大输出电压近300mV，每个产电周期均超过200小时，最大电流密度为168mA/m²，最大功率密度为58.2mW/m²，并且能够进行第二周期的产电，并与第一周期的产电效果基本一致。