一种电活性藻结皮及其培育方法和生态化应用

本发明属于生态工程领域，具体涉及一种电活性藻结皮及其培育方法和生态化应用。

背景技术：

1、固氮蓝藻是一种古老的生物物种，其参与了地球初始时期的生态环境塑造，原始蓝藻进行光合作用产生的氧气将地球早期的还原性大气转变为氧化性大气，为需氧生物的进化提供了基本环境。蓝藻通过固碳作用利用太阳能，吸收二氧化碳转化为能量密集的有机化合物，为更高等的生物提供支撑。它们在能量转化，固氮，固碳和作为先锋物种中发挥着关键的生态作用。john m.pisciotta等研究发现多种蓝藻属具有保守的光依赖性电活性，在光照下将电子转移到周围环境的能力。吴一成等从废水中分离出九种微藻，使用循环伏安法在细胞和电极之间转移电子的能力进行表征。发现微藻和环境之间的电子转移分为通过膜蛋白进行转运以及分泌中间物质的间接转移两种方式。这些研究都表明藻类和环境之间通过电子传递的方式进行交流。

2、生物结皮是由土壤微生物、蓝绿藻、地衣、苔藓植物等小型孢子植物与土壤形成的有机复合体。它的形成使土壤表面在物理、化学和生物学特性上均明显不同于松散的沙土，具有较强的抗风蚀、水蚀功能和重要的生态学效应，成为荒漠区植被演替的重要基础。而土壤藻结皮的形成过程主要是附着藻类细胞，与其他微生物共同生长，增厚生长。不同于在湿润地区形成土壤藻结皮，在干旱和半干旱地区生长要面临巨大的昼夜温度波动，强烈的紫外线照射，干燥的大气环境。而藻结皮通过刺激合成类胡萝卜素，叶黄素等具有抗氧化活性的物质应对强烈的紫外线照射。应对干燥大气环境，来减弱风，沙子和阳光对细胞壁的物理损害。而以上藻结皮通过应对恶劣环境而对自身产物进行针对性的调节，都依赖于能够和环境之间交流的电子穿梭体来感知外界环境的变化，调节自身活动。藻结皮的电化学活性在某种程度上就代表着和环境之间信息交流的程度。因此，可以开发一种电活性藻结皮来进行条件严苛的地区的生态修复。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种电活性藻结皮及其培育方法和生态化应用。在本发明中，首先提供了一种基于产电蓝藻的电活性藻结皮，所述电活性藻结皮中包含产电蓝藻和藻结皮细菌，其中产电蓝藻的含量为40～55％；所述电活性藻结皮中细菌为变形菌门、蓝细菌门、拟杆菌门，产电蓝藻为常丝藻；所述电活性藻结皮能够在高温，高光强等极端环境下生存，在条件严苛的地区的生态修复中有着很好的应用。

2、本发明中首先提供了一种电活性藻结皮，所述电活性藻结皮包括产电蓝藻及其伴生细菌，所述电活性藻结皮中产电蓝藻的含量为40～55％，产电活力0.1～3μa。

3、进一步地，所述产电蓝藻主要包括荒漠化生境的产电常丝藻，所述产电常丝藻的产电活力0.1～0.8μa，为固氮藻；所述常丝藻命名为tychonema ujs-dl-1。

4、进一步地，所述细菌包括变形菌门、蓝细菌门、拟杆菌门。

5、进一步地，所述电活性藻结皮的形态为深蓝色絮团状物体，平滑，直径为0.5～1.5cm；所述电活性藻结皮在显微镜下可以明显的看到长条状藻丝体。

6、进一步地，所述长条状藻丝体长100-200μm，宽5-8μm，呈深蓝色，长条状藻丝体内部呈现出螺旋状花纹。

7、本发明中还提供了上述电活性藻结皮的培育方法，具体包括如下步骤：

8、(1)将产电蓝藻加入到pbs溶液中制成藻悬液，然后将藻悬液梯度稀释后涂布于固体培养基上富集培养；

9、(2)培养完成后，挑选单菌落，然后在固体培养基上划线培养，重复挑选单菌落和划线培养的操作，获得产电蓝藻藻株；

10、(3)将产电蓝藻藻株转移至含液体培养液中继续培养，产电适应性驯化，得到所述电活性藻结皮。

11、进一步地，步骤(1)中，所述富集培养的条件为15～40℃。

12、进一步地，步骤(1)和(2)中，所述固体培养基为bg11平板培养基或沙土固态培养基质。

13、进一步地，步骤(3)中，所述液体培养液中含有bg11培养液或沙土固态培养基质。

14、进一步地，步骤(3)中，所述产电适应性驯化步骤包括在以下条件下进行驯化培养，所述条件为：营养缺失、大于5000lx的强光、大于35℃的高温或ph>9的高盐碱中的一种或多种，其中营养缺失可以采用铁或硅缺失的荒漠化沙土来实现。

15、本发明中还提供了所述电活性藻结皮在生态修复中的应用。

16、进一步地，所述应用包括荒漠化治理和尾矿治理。

17、进一步地，所述应用具体包括如下步骤：

18、(1)将所述电活性藻结皮接种至bg11培养基中或部分缺失营养bg11荒漠化沙土基质培养，然后取稳定期生长的藻体，离心，弃上清液，将沉淀接种至柱式玻璃反应器中，同时施加间歇性的紫外线照射，在抗逆性环境下刺激电活性藻结皮产电，待电活性生长到达平稳期的时候，离心，弃上清液，将藻种接种至柱式玻璃反应器中；重复以上步骤，培养三次，得到抗逆性驯化的藻结皮；

19、(2)重复步骤(1)培养三次，得到抗逆性驯化的藻结皮，然后将抗逆性驯化后的藻结皮转移至小型户外跑道池中，进行藻种的增殖，在生物量达到最大时进行收获，制成结皮生物种源；

20、(3)将结皮生物种源和需要治理的当地土壤混合并喷洒、遮蔽，前一个月内适当的补充水分。

21、本发明中还提供了所述电活性藻结皮在产生物电中的应用。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、本发明所述电活性藻结皮具有一定的电化学活性，其中蓝藻吸收光能和二氧化碳合成有机物质，该藻还具有一定固氮作用。在呼吸作用中分解有机物质产生的电子通过胞外具有电化学活性的物质传递至胞外的细菌等电子受体，从而完成整个能量传递和信息传递的过程。而胞外的一些细菌可以利用得到的电子进行能量转化。所述电子能量转化的过程能够产生的电流为0.1～3μa。

24、本发明所述电活性藻结皮能够稳定的存在于各种较为极端的环境，例如：干旱和半干旱，高温，高光强，强烈的紫外线等。所述电活性藻结皮能够利用多种形式的能量进行电子传递，例如：光能，化学能等。

25、本发明所述电活性藻结皮在生态修复，尤其是在荒漠化生境治理、尾矿治理等比较严苛的地区有着较为广阔的应用前景。此外，本发明中主要采用产电常丝藻作为藻结皮的主要成分，产电常丝藻作为荒漠植被演替过程中的先锋拓殖生物，其能在条件极其恶劣的环境下生长、繁殖，并利用藻丝体对沙粒的捆绑、黏结作用使松散的沙面形成一个有机的整体，增强了荒漠土壤表面的团聚力，对藻结皮的形成和发育过程产生重要的生态学效应。

技术特征：

1.一种电活性藻结皮，其特征在于，所述电活性藻结皮包括产电蓝藻及其伴生细菌，所述电活性藻结皮中产电蓝藻的含量为40～55％。

2.根据权利要求1所述的所述的电活性藻结皮，其特征在于，所述产电蓝藻包括荒漠化生境的产电常丝藻；所述细菌包括变形菌门、蓝细菌门、拟杆菌门。

3.根据权利要求1所述的所述的电活性藻结皮，其特征在于，所述电活性藻结皮的形态为深蓝色絮团状物体，平滑，直径为0.5～1.5cm；所述电活性藻结皮在显微镜下可以明显的看到长条状藻丝体。

4.根据权利要求3所述的所述的电活性藻结皮，其特征在于，所述长条状藻丝体长100-200μm，宽5-8μm，呈深蓝色，长条状藻丝体内部呈现螺旋状花纹。

5.权利要求1～4任一项所述电活性藻结皮的培育方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的电活性藻结皮的培育方法，其特征在于，步骤(1)中，所述富集培养的条件为15～40℃。

7.根据权利要求5所述的电活性藻结皮的培育方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述固体培养基为bg11平板培养基或沙土固态培养基质；

8.权利要求1所述的电活性藻结皮在生态修复中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用包括荒漠化治理和尾矿治理。

10.权利要求1所述的电活性藻结皮在产生物电中的应用。

技术总结
本发明提供了一种电活性藻结皮及其培育方法和生态化应用，属于生态工程领域；在本发明中，首先提供了一种基于产电蓝藻的电活性藻结皮，所述电活性藻结皮中包含产电蓝藻和藻结皮菌，其中蓝藻的含量为40～55％；所述电活性藻结皮中细菌为变形菌门、蓝细菌门、拟杆菌门，产电蓝藻主要包括产电常丝藻；采用沙土或流沙培育所述电活性藻结皮能够使其在高温，高光强等极端环境下生存，在条件严苛的地区的生态修复中有着很好的应用。

技术研发人员：霍书豪,洪德立,朱菲菲,崔溢,胡新娟,张存胜,徐香茹,王仁霞,王海敏,穆斯塔法
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13