[发明专利]混合菌群及其用途、含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池

说明书

本发明涉及微生物产电领域，特别涉及混合菌群及其用途、含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池。本发明通过构建工程化的混合菌群，使其具有分工明确的特点，发酵菌1为体系提供电子传递的载体核黄素，发酵菌2将最常用、低廉的葡萄糖转化为小分子酸提供给产电菌使用，扩大了产电菌的碳源谱。本发明选择大肠杆菌或枯草芽孢杆菌——原核生物革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的模式菌株，通过基因工程改造等手段，构建出2种不同用途的发酵菌，拓展了微生物燃料电池的碳源谱，增强了产电菌的电子传递效率。同时，从物质流、能量流、信息流三个重要角度出发，构建稳定、合理、高效的功能性混菌共生产电体系。

技术领域

本发明涉及微生物产电领域，特别涉及混合菌群及其用途、含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池。

背景技术

微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，MFC)是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是：在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体和产电菌特殊的细胞膜上电子传递机制在生物组分和阳极电极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。

与现有的其它利用有机物产能的技术相比，微生物燃料电池具有操作上和功能上的优势：首先，它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率；其次，不同于现有的所有生物能处理，微生物燃料电池在常温环境条件下能够有效运作；第三，微生物燃料电池不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量；第四，微生物燃料电池不需要输入较大能量，因为若是单室微生物燃料电池仅需通风就可以被动的补充阴极气体；第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，微生物燃料电池具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。

综合上述，微生物燃料电池是利用能够将细胞内通过代谢反应产生的电子通过特有的细胞膜蛋白运输出细胞的产电微生物，将化学能转化成电能的装置，能够克服风能、太阳能等再生能源受环境的限制，在环境处理和新型能源领域起到重要作用，具有很好的发展前景。但由于产电菌生长环境苛刻，产电效率低，电子传递过程较慢，至今无法实现工业化应用。

以希瓦式菌为主的产电菌一直被科学家广泛研究，人们集中于对产电菌的改造和对电极材料的优化，但效果并不显著。例如：(1)无法利用广泛、廉价 的底物作为碳源(碳源谱窄)；(2)为维持产电量，需要外添加大量的核黄素，成本较高；(3)经基因改造后的产电菌生长更加缓慢，产电活力没有野生菌好；(4)持续时间短、产电不稳定；(5)产电菌较脆弱，加重其产核黄素的代谢负担会影响其产电；(6)“发酵－产电”多任务由单一产电菌完成；(7)培养基中需要加入复杂的矿物质溶液和复合维生素溶液，成本较高、配制复杂。现有的微生物燃料电池在产电过程中需要不断取样，检测体系内关键物的含量，如果不够，需要及时添加来维持菌种活性和体系稳定性。体系稳定性和重复性差，产电持续时间短，需外添加数十种矿物质和维生素溶液，成本较高，体系复杂。

因此，提供一种高效、稳定的微生物燃料电池具有重要的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种混合菌群及其用途、含有该混合菌群的微生物产电体系和微生物燃料电池。本发明通过构建混合菌群，使其分工明确的特点，发酵菌1为体系提供电子传递的载体核黄素，发酵菌2将最常用、低廉的葡萄糖转化为小分子酸提供给产电菌使用。本发明选择大肠杆菌——原核生物模式菌株，通过基因工程改造等手段，构建出2种不同用途的发酵菌，拓展了微生物燃料电池的碳源谱，增强了产电菌的电子传递效率。同时，从物质流、能量流、信息流三个重要角度出发，构建稳定、合理、高效的功能性混菌共生体系。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种混合菌群，其特征在于，包括发酵菌和产电菌。