生物电子介导的短链脂肪酸互营氧化产甲烷机理研究

项目名称： 生物电子介导的短链脂肪酸互营氧化产甲烷机理研究

项目编号： No.21307143

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2014

项目学科： 环境科学、安全科学

项目作者： 杨智满

作者单位： 中国科学院青岛生物能源与过程研究所

项目金额： 25万元

中文摘要： 种间电子传递是微生物建立互营合作生成甲烷的基础，具有高导电性的Fe3O4可作为电子导线促进细菌和甲烷菌之间的电子传递，进而加速甲烷的生成。然而，由于环境条件的复杂性，生物电子介导的互营产甲烷核心--种间电子传递机理尚未明晰。本项目拟以厌氧消化污泥为研究体系，在引入Fe3O4的前提下，采用级联驯化策略，定向构建生物电子介导的互营产甲烷共培养体系。借助多种技术手段，包括电化学、转录组学、稳定性同位素示踪、454焦磷酸测序、FISH、LC/GC-MS等技术，研究所筛选的共培养体系在不同底物响应下的微生物群落的结构与功能、种间电子直接传递机理和产甲烷路径，揭示互营共培养体系的种间电子直接传递与产甲烷过程的偶联关系，从而为阐明生物电子介导的互营产甲烷机理奠定基础。这些研究将为设计创新性的甲烷生产过程提供理论和实践依据。

中文关键词： Fe3O4；甲烷；电子传递；；

英文摘要： Interspecies electron transfer, which establishs the basis of syntrophic methanogenesis, is facilitated by bioelectrons through high conductive mineral Fe3O4, showing a fast methane production. However, mechanisms for interspecies electron transfer of syntrophic methanogenesis mediated by bioelectrons is less clear due to complex environmental conditions. Here, we use Fe3O4 as conduits of electrons to enrich syntrophic cocultures from anaerobic digested sludge by using cascade acclimation. Various techniques, such as electrochemistry, metatranscriptomics, stable isotope probing, 454 pyrosequencing platform, FISH, LC/GC-MS, are combined to explore the structure and function of microbial commuity, mechanisms of direct interspecies electron transfer, and methanogenic pathway for selected syntrophic cocultures in respond to different substrate, and also to further clarify the relationship between direct interspecies electron transfer and syntrophic methanogenesis, thus establishing the basis of demonstrating the the mechanisms for bioelectron-mediated syntrophic methanogenesis. These studies will provide fundamental knowledge for design of a innovative biomethane production.

英文关键词： Fe3O4；Methane；Electron transfer；；