農業部能源微生物與利用重點開放實驗室

農業部能源微生物與利用重點開放實驗室是農業部2008年7月29日《農業部關於發布第五輪農業部重點開放實驗室建設名單的通知》批准成立，其前身為農業部厭氧微生物重點開放實驗室。該實驗室從事厭氧消化機理及環境微生物學方面的研究。

基本介紹

• 中文名：農業部能源微生物與利用重點開放實驗室
• 促進：厭氧微生物與其它學科的交叉
• 涉及：能源、畜牧、環境、食品、石油
• 側重於：主要厭氧微生物種群分離、特性

重點開放實驗室簡介

並積極拓寬研究領域，。目前已涉及到能源、畜牧、環境、食品、石油、地質、化工等行業，形成了多方面、多層次、多渠道、多形式的研究格局，為厭氧微生物的研究增添了新內容。多年的潛心研究，本實驗室形成一支精幹的研究隊伍，在國內、國際都產生了一定的影響。

作為國內唯一的跨學科厭氧微生物專業實驗室，實驗室長期致力於厭氧微生物機理及厭氧消化技術的研究，研究內容側重於主要厭氧微生物種群分離、特性、生長條件、營養及環境因子，厭氧微生物發酵作用機理等基礎性及套用基礎性研究，發掘厭氧微生物在工農業生產及人們生活中的作用和潛力。實驗室已建成了擁有固定設備和具有良好研究條件的實驗室和菌種室，不僅可以分離、分析和鑑定厭氧微生物，並且能對嚴格的厭氧微生物進行保藏。實驗室學科設定合理，人員配置完善,可以從事多種領域的厭氧微生物研究。實驗室在產甲烷古菌、纖維素乙醇轉化微生物、發酵產氫微生物、產脂微生物等能源微生物資源研究方面具有一定的基礎，是國內擁有產甲烷古菌、木質纖維素厭氧降解微生物和發酵產氫微生物資源最多的單位。

研究內容與方向

瞄準本學科發展前沿和熱點，依據21世紀我國農業可持續發展和我國新農村建設等關係到生存與發展的重大問題對科技的需求，緊緊圍繞實驗室的研究方向，力爭既能面向世界科技前沿，又能為解決我國下世紀國民經濟發展中帶有戰略性的關鍵問題作出貢獻。能源微生物重點開放實驗室的研究方向為：能源微生物基礎理論的研究及套用技術的開發。我們的基本思路是：以厭氧微生物學科建設為主導推動能源微生物基礎理論研究，以創新與儲備為目的促進生物質能套用技術的開發。同時，我們的研究工作遵循一個中心兩條主線的原則，即以沼氣發酵微生物、厭氧纖維素降解產乙醇微生物和發酵產氫微生物研究為中心；兩條主線即能源微生物資源收集、整理和保藏，高效能源微生物的構建與套用。

農業部能源微生物重點開放實驗室的主要研究內容：

·能源微生物菌種和基因資源的收集、整理及資料庫建設；

·高效能源微生物菌種和基因資源的開發與利用；

·沼氣發酵新工藝、新裝置和新材料的研究。

（1） 能源微生物菌種和基因資源的收集、整理及資料庫建設

我國地形和環境十分複雜,地質、氣候、植被複雜多樣，生態類型極具多樣性和代表性，是世界公認的12個生物高度多樣性的國家和地區之一，孕育了豐富多樣的能源微生物資源，特有類型也極為豐富。能源微生物資源可能會隨著環境污染的加重而喪失，或因減少而變得難以尋找，資源分散、疏於管理的現象，使得新的微生物資源得不到有效保藏，已有的資源不能延續。當前，能源微生物資源的國際競爭加劇，各國都加大了對能源微生物資源的研究力度。據WDCM的統計，在世界近500個菌種保藏中心，共保存各類微生物菌種近110萬株。作為一個生物資源大國，我國（包括台灣、香港地區）僅保存各類微生物資源100000株左右，尚不足美國一個保藏中心的擁有量，而能源微生物資源更是少之又少。而且，在我國，對於一些已分離、保存的能源微生物資源，也缺少全面系統的生物學評價，已有的評價工作僅停留在表觀性狀，無法揭示資源較為全面的生物學特性，遠遠不能滿足生產發展需要。我國若不加強調查、收集保護和管理，將面臨資源流失的危險。國家“十一五”開始將生物質資源高效培育技術和高效能源微生物的篩選列為重大科技專項“農林生物質工程”的重要課題，但由於對我國整個農業能源植物資源狀況不清楚，不少資源尚未被發現，高效能源微生物菌株的選育進程緩慢。因此，急需對我國能源微生物資源進行收集、整理，逐步弄清我國能源微生物菌種資源的分布及儲量，為生物質轉化技術不斷創新提供資源支持。具體研究內容：①能源微生物資源的調查、編目、資源整理、數據錄入及資料庫建設；②能源微生物資源利用潛力分析評價；③能源微生物系統發育地位、關鍵酶活性、產能特點及生物質轉化方式的研究等。

（2） 高效能源微生物菌種和基因資源的開發與利用

微生物發酵方法是生物質能源生產的主要途徑之一，包括沼氣發酵、乙醇發發酵和生物制氫。微生物菌種的好壞最直接的影響到能源產品的得率，因此微生物技術和生物工程技術就成為核心技術，應該成為技術研發的重點之一，迫切需要建立能源微生物研究的技術平台。近年來，基於16SrDNA等分子生態學研究技術的發展，有效地克服了傳統微生物分析檢測方法中的缺點，大大提高了分析檢測的速度以及結果的準確性、全面性。分子生態學技術能有效分析複雜微生物群落結構及其多樣性，且無須培養微生物，已經被廣泛套用到海洋、土壤、高溫、高鹽及污水處理等環境微生物多樣性研究中，但在沼氣發酵微生物研究方面的套用還不深入。分子生態學技術包括宏基因組技術的套用，為揭示沼氣發酵環境中微生物種類和遺傳多樣性開闢了一條全新的途徑。因此，今後沼氣發酵微生物的研究不僅包括可培養技術對微生物個體的研究，還應針對沼氣發酵的微生物，套用現代分子生物學手段，在基因水平上研究沼氣發酵中的微生物生態，從整體上有效地解析沼氣發酵中微生物的代謝能力，全面地揭示沼氣發酵微生物群落結構及功能。具體研究內容：①農村沼氣發酵微生物關鍵性技術研究及套用；②研究沼氣發酵各微生物種群的代謝調控技術及分子生物學，研究沼氣發酵各微生物種群的分子生物學、研究沼氣發酵過程關鍵酶系的酶學特徵、研究各功能菌群在不同發酵底物條件下的消長規律、時空分布及影響因素。③低溫沼氣發酵技術的研究；研究低溫沼氣發酵富集物快速馴化和低溫下發酵穩定運行的方法、研究高效耐冷菌種的分離技術、研究低溫沼氣發酵特殊嗜冷酶系的分析與純化、研究高效低溫沼氣發酵微生物菌株的基因克隆、研究低溫生長刺激因子的篩選與評價方法、研究低溫沼氣發酵關鍵技術的整合；④新型高效沼氣促進劑及菌劑研究；研究沼氣發酵微生物的配伍適應性及效果評價、研究複合菌劑中微生物、生長刺激因子和關鍵酶系的比例關係、研究複合菌劑的劑型、載體、穩定性和保藏效果、研究複合菌劑的效果評價及現場套用；⑤通過基因工程方法構建一批能高效分解纖維素產乙醇的微生物菌株；⑥構建高效微生物產氫系統，利用生物技術手段選育具有高產氫活性的微生物菌株，產氫菌株能利用澱粉和糖類物質為底物催化產氫；⑦細菌發酵產氫動力學及限制性因子研究。

（3）沼氣發酵新工藝、新裝置和新材料的研究

近年來，我們的工作擴大到了生物質能資源綜合利用技術研究領域。已在燃料乙醇、生物油、生物燃氣等生物能源轉化及裝備技術研究、能源植物資源研究與開發、農業廢棄物資源與環境生態綜合研究方面有所建樹。