重点开放实验室简介

研究内容与方向

重点开放实验室简介

农业部能源微生物与利用重点开放实验室是农业部2008年7月29日《农业部关于发布第五轮农业部重点开放实验室建设名单的通知》批准成立，其前身为农业部厌氧微生物重点开放实验室。该实验室从事厌氧消化机理及环境微生物学方面的研究，并积极拓宽研究领域，促进厌氧微生物与其它学科的交叉。目前已涉及到能源、畜牧、环境、食品、石油、地质、化工等行业，形成了多方面、多层次、多渠道、多形式的研究格局，为厌氧微生物的研究增添了新内容。多年的潜心研究，本实验室形成一支精干的研究队伍，在国内、国际都产生了一定的影响。

作为国内唯一的跨学科厌氧微生物专业实验室，实验室长期致力于厌氧微生物机理及厌氧消化技术的研究，研究内容侧重于主要厌氧微生物种群分离、特性、生长条件、营养及环境因子，厌氧微生物发酵作用机理等基础性及应用基础性研究，发掘厌氧微生物在工农业生产及人们生活中的作用和潜力。实验室已建成了拥有固定设备和具有良好研究条件的实验室和菌种室，不仅可以分离、分析和鉴定厌氧微生物，并且能对严格的厌氧微生物进行保藏。实验室学科设置合理，人员配置完善,可以从事多种领域的厌氧微生物研究。实验室在产甲烷古菌、纤维素乙醇转化微生物、发酵产氢微生物、产脂微生物等能源微生物资源研究方面具有一定的基础，是国内拥有产甲烷古菌、木质纤维素厌氧降解微生物和发酵产氢微生物资源最多的单位。

研究内容与方向

瞄准本学科发展前沿和热点，依据21世纪我国农业可持续发展和我国新农村建设等关系到生存与发展的重大问题对科技的需求，紧紧围绕实验室的研究方向，力争既能面向世界科技前沿，又能为解决我国下世纪国民经济发展中带有战略性的关键问题作出贡献。能源微生物重点开放实验室的研究方向为：能源微生物基础理论的研究及应用技术的开发。我们的基本思路是：以厌氧微生物学科建设为主导推动能源微生物基础理论研究，以创新与储备为目的促进生物质能应用技术的开发。同时，我们的研究工作遵循一个中心两条主线的原则，即以沼气发酵微生物、厌氧纤维素降解产乙醇微生物和发酵产氢微生物研究为中心；两条主线即能源微生物资源收集、整理和保藏，高效能源微生物的构建与应用。

农业部能源微生物重点开放实验室的主要研究内容：

能源微生物菌种和基因资源的收集、整理及数据库建设；

高效能源微生物菌种和基因资源的开发与利用；

沼气发酵新工艺、新装置和新材料的研究。

（1） 能源微生物菌种和基因资源的收集、整理及数据库建设

我国地形和环境十分复杂,地质、气候、植被复杂多样，生态类型极具多样性和代表性，是世界公认的12个生物高度多样性的国家和地区之一，孕育了丰富多样的能源微生物资源，特有类型也极为丰富。能源微生物资源可能会随着环境污染的加重而丧失，或因减少而变得难以寻找，资源分散、疏于管理的现象，使得新的微生物资源得不到有效保藏，已有的资源不能延续。当前，能源微生物资源的国际竞争加剧，各国都加大了对能源微生物资源的研究力度。据WDCM的统计，在世界近500个菌种保藏中心，共保存各类微生物菌种近110万株。作为一个生物资源大国，我国（包括台湾、香港地区）仅保存各类微生物资源100000株左右，尚不足美国一个保藏中心的拥有量，而能源微生物资源更是少之又少。而且，在我国，对于一些已分离、保存的能源微生物资源，也缺少全面系统的生物学评价，已有的评价工作仅停留在表观性状，无法揭示资源较为全面的生物学特性，远远不能满足生产发展需要。我国若不加强调查、收集保护和管理，将面临资源流失的危险。国家“十一五”开始将生物质资源高效培育技术和高效能源微生物的筛选列为重大科技专项“农林生物质工程”的重要课题，但由于对我国整个农业能源植物资源状况不清楚，不少资源尚未被发现，高效能源微生物菌株的选育进程缓慢。因此，急需对我国能源微生物资源进行收集、整理，逐步弄清我国能源微生物菌种资源的分布及储量，为生物质转化技术不断创新提供资源支持。具体研究内容：①能源微生物资源的调查、编目、资源整理、数据录入及数据库建设；②能源微生物资源利用潜力分析评价；③能源微生物系统发育地位、关键酶活性、产能特点及生物质转化方式的研究等。

（2） 高效能源微生物菌种和基因资源的开发与利用

微生物发酵方法是生物质能源生产的主要途径之一，包括沼气发酵、乙醇发发酵和生物制氢。微生物菌种的好坏最直接的影响到能源产品的得率，因此微生物技术和生物工程技术就成为核心技术，应该成为技术研发的重点之一，迫切需要建立能源微生物研究的技术平台。近年来，基于16SrDNA等分子生态学研究技术的发展，有效地克服了传统微生物分析检测方法中的缺点，大大提高了分析检测的速度以及结果的准确性、全面性。分子生态学技术能有效分析复杂微生物群落结构及其多样性，且无须培养微生物，已经被广泛应用到海洋、土壤、高温、高盐及污水处理等环境微生物多样性研究中，但在沼气发酵微生物研究方面的应用还不深入。分子生态学技术包括宏基因组技术的应用，为揭示沼气发酵环境中微生物种类和遗传多样性开辟了一条全新的途径。因此，今后沼气发酵微生物的研究不仅包括可培养技术对微生物个体的研究，还应针对沼气发酵的微生物，应用现代分子生物学手段，在基因水平上研究沼气发酵中的微生物生态，从整体上有效地解析沼气发酵中微生物的代谢能力，全面地揭示沼气发酵微生物群落结构及功能。具体研究内容：①农村沼气发酵微生物关键性技术研究及应用；②研究沼气发酵各微生物种群的代谢调控技术及分子生物学，研究沼气发酵各微生物种群的分子生物学、研究沼气发酵过程关键酶系的酶学特征、研究各功能菌群在不同发酵底物条件下的消长规律、时空分布及影响因素。③低温沼气发酵技术的研究；研究低温沼气发酵富集物快速驯化和低温下发酵稳定运行的方法、研究高效耐冷菌种的分离技术、研究低温沼气发酵特殊嗜冷酶系的分析与纯化、研究高效低温沼气发酵微生物菌株的基因克隆、研究低温生长刺激因子的筛选与评价方法、研究低温沼气发酵关键技术的整合；④新型高效沼气促进剂及菌剂研究；研究沼气发酵微生物的配伍适应性及效果评价、研究复合菌剂中微生物、生长刺激因子和关键酶系的比例关系、研究复合菌剂的剂型、载体、稳定性和保藏效果、研究复合菌剂的效果评价及现场应用；⑤通过基因工程方法构建一批能高效分解纤维素产乙醇的微生物菌株；⑥构建高效微生物产氢系统，利用生物技术手段选育具有高产氢活性的微生物菌株，产氢菌株能利用淀粉和糖类物质为底物催化产氢；⑦细菌发酵产氢动力学及限制性因子研究。

（3）沼气发酵新工艺、新装置和新材料的研究

近年来，我们的工作扩大到了生物质能资源综合利用技术研究领域。已在燃料乙醇、生物油、生物燃气等生物能源转化及装备技术研究、能源植物资源研究与开发、农业废弃物资源与环境生态综合研究方面有所建树。