【摘 要】
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异化铁还原菌是一种能够以胞外不溶性铁矿物为最终电子受体进行厌氧代谢,并获取能量用于自身生长繁殖的微生物,该代谢方式被称为铁呼吸。不同于传统的呼吸形式,铁呼吸代表了一种新型的代谢方式——胞外呼吸。从1987年第一株异化铁还原菌分离至今,微生物将胞内代谢有机物产生的电子跨膜运输传递到胞外不溶性电子受体的代谢形式便备受关注,继而不同的异化铁还原菌被分离出来。本研究以海洋铁腐蚀产物的厌氧富集培养物为接种物
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异化铁还原菌是一种能够以胞外不溶性铁矿物为最终电子受体进行厌氧代谢,并获取能量用于自身生长繁殖的微生物,该代谢方式被称为铁呼吸。不同于传统的呼吸形式,铁呼吸代表了一种新型的代谢方式——胞外呼吸。从1987年第一株异化铁还原菌分离至今,微生物将胞内代谢有机物产生的电子跨膜运输传递到胞外不溶性电子受体的代谢形式便备受关注,继而不同的异化铁还原菌被分离出来。本研究以海洋铁腐蚀产物的厌氧富集培养物为接种物,进一步分离纯化后,获得一株具有异化铁还原能力的脱硫弯曲杆菌,并对其生理生化特征、异化铁还原能力、遗传信息概况及电化学特征进行了研究,表明此菌株同时具有铁呼吸能力和产电呼吸能力。(1)菌株的分离纯化及生理生化特征。以硫酸盐还原菌(SRB)培养基为筛选培养基,将接种物进行多次转接培养,分离纯化后,获得能在SRB培养基中稳定生长的菌株。生长曲线显示,此菌株生长最佳温度为37℃、盐度为14.3‰、p H为5。菌株的底物利用能力检测发现,菌株代谢乳酸及甲酸的能力较强,能够利用甲醇和乙醇,能够以无定形铁和硫酸盐为电子受体。革兰氏染色结果表明该菌株为革兰氏阴性细菌,扫描电镜观察表明该菌株为长杆状细菌。(2)全基因组测序。使用天然海水培养基对菌株进行培养,离心收集对数生长期的菌体细胞,提取总DNA进行全基因组测序。基因组序列长度为3996533 bp。通过比较基因组分析,发现菌株与Desulfocurvibacter africanus subsp.Africanus亲缘关系较近,将菌株命名Desulfocurvibacter sp.YM。综合全基因组数据信息,绘制了全基因组图谱。(3)菌株异化铁还原能力分析。菌株对柠檬酸铁、无定形铁、三氧化二铁具有不同的铁还原能力,且还原速率依次下降。以Mn O2为唯一电子受体时,发现菌株不具有异化锰还原能力;而将等量的Mn O2(20 mmol)分别与无定形铁、柠檬酸铁、三氧化二铁加入相同的培养体系,发现菌株对Fe(Ⅲ)的还原能力受到了抑制。该菌株同时具有异化铁还原能力和硫酸盐还原能力,硫酸盐的浓度影响菌株还原无定形铁的速率,而对柠檬酸铁的还原无影响。与希瓦氏菌株(Shewanella oneidensis MR-4)作比较,发现本菌株还原无定形铁的能力强于MR-4,而还原柠檬酸铁的能力则相反。通过对该菌株铁还原得到的矿物进行X射线衍射分析,未发现明显具有晶型的铁矿物。(4)菌株的产电能力测定。通过构建双室微生物燃料电池,检测菌株的产电能力。研究发现菌株生长状态与产电能力密切相关:将生长旺盛的菌株转接到燃料电池中,电池启动时间较短;电池中底物浓度较高时产电能力较强;初始转接菌液体积越大,电池输出电流越早。
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