沃氏甲烷球菌利用CO产CH_4及其代谢途径的研究

【摘要】： 目前，农作物秸秆的资源化利用是我国社会经济发展急需解决的重大课题之一，通过CO生物甲烷化技术，利用产甲烷古菌将秸秆气的主要成分H_2／CO转化成甲烷，不仅可以大幅度降低秸秆气中CO的含量，使秸秆气化技术的安全性增加，而且产生的甲烷可以作为一种洁净、安全的能源供人类使用，具有很大的发展潜力。 中国农业部沼气研究所提供的沃氏甲烷球菌BIOMA5671属于甲烷球菌属(Methanococcu5)，细胞形态随培养基离子强度而变化，强度低时趋于规则球形，直径0.5-3μm，活跃运动。属革兰氏阴性菌，最适PH6.7～7.4，最适温度32～40℃，能利用H_2／CO_2和甲酸盐生长产CH_4。 本研究采用新碳源CO驯化该菌种，对该菌种利用CO生长产CH_4进行初步研究并在此基础上研究了该菌生长最适CO浓度，利用CO产CH_4速率及其CO代谢途径。 对沃氏甲烷球菌(M．volae)利用CO生长产CH_4进行初步研究。实验结果表明：该菌能利用H_2／CO产甲烷，也能利用纯CO产甲烷，培养基中添加Ni~(2+)／Fe~(2+)能提高菌种利用CO的产甲烷速率和甲烷终产量。利用H_2／CO的平均产甲烷速率为1.23μmol／mg(细胞湿重)·h，培养120h后菌数达1.4×10~7个／ml；利用纯CO的平均产甲烷速率为0.19μmol／mg(细胞湿重)·h，仅为H_2／CO实验组的1／7左右，培养120h后菌数为9.5×10~6个／ml。 进一步研究发现：硒酸钠和泛酸钙对菌种利用CO生长有明显的促进作用；该菌利用CO产CH_4的最适CO浓度为25％(V／V)。在此CO浓度条件下，该菌利用H_2／CO的平均产甲烷速率为1.98μmol／mg(细胞湿重)h，120h后菌数为1.85×10~7个／mL；利用纯CO的平均产甲烷速率为0.42μmol／mg(细胞湿重)·h，120h后菌数达1.25×10~7个／mL；当CO浓度大于25％时，该菌利用H_2／CO和纯CO产CH_4都受到抑制，但H_2／CO实验组受到抑制的程度明显小于纯CO实验组。 检测中间代谢产物发现：该菌在利用CO产甲烷时有中间产物H_2和CO_2的生成：在利用H_2／CO产甲烷时未产生中间产物CO_2；并且在利用H_2／CO和纯CO时都生成中间代谢产物甲酸盐。另外，该菌还能在缺乏乙酸盐的培养基中合成生长所需的乙酸盐。