《典型化能自養細菌固碳潛能解析及其激發策略研究》是依託同濟大學，由王磊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：典型化能自養細菌固碳潛能解析及其激發策略研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王磊
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微生物固碳對於CO2減排與資源化意義重大。相比微藻，化能自養細菌具有可在土壤與大型反應器等無光環境中固碳的優勢。但其生長較慢，表觀固碳效率（指胞外游離的和增殖細胞內有機碳的總和）較低，且固定的游離有機碳對其自養過程有顯著負反饋，因而僅從實際表觀固碳效率很難判斷某菌的固碳潛能，從而難以發掘出高固碳潛能菌。此外，對於高固碳潛能菌，如何消除固定的游離有機碳對其自養過程的負反饋，激發其固碳潛能，也未見有報導。關鍵固碳酶的基因表達潛能與比活性、rRNA基因拷貝數和單位核糖體蛋白質合成效率是影響化能自養細菌固碳潛能的內在因素。因此，從基因及其轉錄水平入手，結合蛋白質分析，解析各類化能自養細菌固碳潛能的種間差異，闡明最主要的固碳潛能決定因素，進而發掘出具有高固碳潛能的菌，並在此基礎上研發基於微生物互養共生與膜分離的游離有機碳抑制效應消減技術，將為大幅提高化能自養細菌的表觀固碳效率提供理論指導與技術支撐。
結題摘要
微生物固碳對於CO2減排與資源化意義重大。化能自養細菌具有可在土壤與大型反應器等無光環境中固碳的優勢。但其生長較慢，表觀固碳效率較低，且固定的游離有機碳（EFOC）對其自養過程有顯著負反饋，因此僅從實際表觀固碳效率很難判斷某菌的固碳潛能，難以發掘出高固碳潛能菌。此外，如何消除固定的游離有機碳對其自養過程的負反饋，也未見有報導。本研究從基因及其轉錄水平入手，結合蛋白質分析，解析了各類化能自養細菌固碳潛能的種間差異，闡明了最主要的固碳潛能決定因素並發掘出了具有高固碳潛能的自養菌，並在此基礎上研發了基於微生物互養共生與膜反應器的胞外有機物抑制效應消減技術。結果表明，氫氧化細菌和硫氧化細菌(SOB)的表觀固碳量和固碳速率在其自養培養過程中都呈現顯著的種間差異性，某一種單菌培養過程中表觀固碳速率的變化與cbb基因轉錄效率的變化相關。不同菌種的表觀固碳效率的差異性主要歸因於cbb基因轉錄及rRNA基因拷貝數之間的相互作用。不同類型自養菌其不同的EFOC/TOC比例主要由cbb基因轉錄效率和細胞骨架合成速率決定，EFOC/TOC的比例越低，其表觀固碳效率就越高；能量供給充足可降低EFOC/TOC比值，有利於細胞的自養生長。小分子EFOC顯著抑制cbb基因轉錄，降低固碳速率，因此是主要的抑制因子。所選取的SOB中DSM 505具有最高的蛋白質合成潛能和最高的CO2同化潛能，因此是具有較高表觀固碳潛能的SOB。利用異養菌枯草桿菌與兩種硫氧化細菌成功構建了異養-自養共生系統，顯著激發了自養微生物的固碳潛能。膜生物反應器可分離出反應器內EFOC，同時富集細菌在反應器內，消解了EFOC對cbb基因轉錄及細菌生長的抑制，大幅提高了化能自養細菌的固碳能力。研究結果將為大幅提高化能自養細菌的表觀固碳效率提供理論指導與技術支撐。
