2018, Vol. 45
表1(Table 1)
一株新型同型产乙酸菌Clostridium sp.的自养和异养生长特性
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文章信息
- 朱慧, 符波, 鲁帅领, 刘宏波, 刘和
- ZHU Hui, FU Bo, LU Shuai-Ling, LIU Hong-Bo, LIU He
- 一株新型同型产乙酸菌Clostridium sp.的自养和异养生长特性
- Autotrophic and heterotrophic characteristics of a novel acetogenic Clostridium sp.
- 微生物学通报, 2018, 45(11): 2320-2330
- Microbiology China, 2018, 45(11): 2320-2330
- DOI: 10.13344/j.microbiol.china.171081
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文章历史
- 收稿日期: 2017-12-25
- 接受日期: 2018-03-29
- 网络首发日期(www.cnki.net): 2018-05-15
朱慧, 符波, 鲁帅领, 刘宏波, 刘和. 一株新型同型产乙酸菌Clostridium sp.的自养和异养生长特性[J]. 微生物学通报, 2018, 45(11): 2320-2330.
ZHU Hui, FU Bo, LU Shuai-Ling, LIU Hong-Bo, LIU He. Autotrophic and heterotrophic characteristics of a novel acetogenic Clostridium sp.[J]. Microbiology China, 2018, 45(11): 2320-2330.
一株新型同型产乙酸菌Clostridium sp.的自养和异养生长特性
1. 江南大学环境与土木工程学院 江苏省厌氧生物技术重点实验室 江苏 无锡 214122;
2. 江苏省水处理技术与材料协同创新中心 江苏 苏州 215009
2. 江苏省水处理技术与材料协同创新中心 江苏 苏州 215009
摘要：【背景】
同型产乙酸菌是一类利用乙酰辅酶A途径固定CO2合成自身细胞物质并生成乙酸、乙醇等代谢产物的厌氧菌群，其分布广泛、种类繁多且代谢多样。深入研究同型产乙酸菌菌株的代谢能力及特性，对探索该种群的生理生化特性及其环境作用至关重要。【目的】
研究一株同型产乙酸菌Clostridium sp. BXX的最适培养条件及其自养与异养生长特性。【方法】
设置BXX菌株培养温度10-55 ℃、初始pH 6.0-9.0、NaCl浓度0-2.0%、不同氮源，测定菌体细胞含量和产物生成浓度，确定菌株最适培养条件。研究BXX菌株分别以H2/CO2、合成气、CO、葡萄糖、1, 2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚、甘油、丙酮酸和乳酸为底物时的底物消耗、产物生成、菌体细胞含量和pH等，探究其自养和异养生长特性。【结果】
BXX菌株的最适培养温度为30 ℃，初始pH为7.0，NaCl浓度为1.0%，氮源为酵母粉。BXX菌株能以H2/CO2、合成气、葡萄糖、1, 2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚和甘油为底物生长，不能以CO、丙酮酸或乳酸为底物生长。【结论】
BXX菌株既能自养生长产乙酸，又能异养生长产乙醇。BXX菌株是乙酸发酵的优良菌种资源，有较好的工业应用潜力。
关键词：Clostridium
同型产乙酸菌
自养
异养
乙醇
Autotrophic and heterotrophic characteristics of a novel acetogenic Clostridium sp.
1. College of Environment and Civil Engineering, Jiangsu Key Laboratory of Anaerobic Biotechnology, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122, China;
2. Collaborative Innovation Center of Water Treatment Technology & Material, Suzhou, Jiangsu 215009, China
2. Collaborative Innovation Center of Water Treatment Technology & Material, Suzhou, Jiangsu 215009, China
Received: December 25, 2017; Accepted: March 29, 2018; Published online (www.cnki.net): May 15, 2018
Foundation item: Foundation items: National Natural Science Foundation of China (21206056, 51678280); National Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK2012121, BK20141112)
*Corresponding author:
FU Bo, Tel: 86-510-85197464; E-mail: fubo@jiangnan.edu.cn.
Abstract:
[Background]
Acetogens are a group of anaerobic bacteria that use Wood-Ljungdahl pathway for the assimilation of CO2 into cell carbon and production of acetate or ethanol. They are widely distributed in nature and highly phylogenetically and metabolically diverse. The investigation on the metabolic capabilities of acetogenic bacteria is important to understand their physiological and biochemical characteristics as well as environment roles.
[Objective]
This study aims to optimize the culture conditions and understand the autotrophic and heterotrophic characteristics of a strain of novel acetogenic bacterium Clostridium sp.
[Methods]
The incubation was performed at temperature of 10-55 ℃, initial pH of 6.0-9.0, NaCl concentration of 0-2.0% or with different nitrogen source to optimize the culture condition of stain BXX by determining the cell and product concentration. The autotrophic or heterotrophic growth characteristics of strain BXX were studied by measuring substrate consumption, product generation, bacterial concentration and pH with CO, syngas, H2/CO2, glucose and other organic matters as substrates.
[Results]
The optimum temperature, initial pH, NaCl concentration and nitrogen source of strain BXX was 30 ℃, 7.0, 1.0% and yeast extract, respectively. Strain BXX grew on H2/CO2, syngas, glucose, 1, 2-propanediol, sodium formate, 2-methoxyethanol and glycerol, and did not grow on CO, pyruvate or lactate.
[Conclusion]
Strain BXX grew autotrophically to produce acetate and grew heterotrophically to produce ethanol. Strain BXX was an excellent strain resource for acetate fermentation and had good potential of industrial application.
Keywords:
Clostridium
Acetogen
Autotrophic
Heterotrophic
Ethanol
同型产乙酸菌在自然界中分布范围广泛，其乙酸合成量约占厌氧微生物合成量的10%，在全球碳循环中发挥着非常重要的作用[1]。这与其代谢能力强、底物范围广密不可分，很多同型产乙酸菌同时具备自养与异养两种代谢能力[2-3]。以H2/CO2为基质进行自养生长是同型产乙酸菌最显著的代谢特点，它们通过厌氧乙酰辅酶A途径固定CO2合成自身细胞物质以及乙酸、乙醇等代谢产物[4]。除此之外，它们也具备利用各式各样有机物进行异养生长的代谢灵活性[5]。相比于竞争力弱的自养生长，多样化的有机底物代谢能力可能是其在厌氧环境中广泛分布的主要原因[6]。
目前分离纯化的同型产乙酸菌分布于22个种属，形态和生理生化特点存在着明显差异，底物范围及代谢能力也差别较大[7]。菌株Clostridium difficile可利用纤维二糖、麦芽糖和甘露糖为基质，Eubacterium aggregans则以乳酸、甲醇、甜菜碱为基质[8-9]。Acetobacterium woodii和Clostridium ljungdahlii可高效转化H2/CO2，而Clostridium formicoaceticum和Clostridium magnum的转化能力则较弱[10-13]。可见，深入研究同型产乙酸菌菌株的代谢能力及特性，对探索该种群的生理生化特性及其环境作用至关重要；同时，作为一种极具发展潜力的工业微生物，对其代谢特性的研究可为工业生产应用提供理论依据。
本实验室分离纯化了一株同型产乙酸菌，经过形态观察、16S rRNA基因系统发育分析和生理生化实验鉴定为Clostridium属的一个新种。本研究分别以不同底物为唯一碳源，优化最适生长条件，通过测定细菌生长、底物消耗和产物生成，研究该菌株的自养和异养生长特性，以期为同型产乙酸菌代谢特性研究及其潜在的工业应用提供参考。
1 材料与方法 1.1 菌种来源菌种来源于本实验室分离纯化的一株新型同型产乙酸菌Clostridium sp. BXX，保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(编号为CGMCC 1.5228)和日本微生物保藏中心(编号为JCM 32382)，16S rRNA基因序列已上传至GenBank (登录号为KY130462)。
1.2 主要试剂和仪器试剂均为国产分析纯。紫外可见光光度计，上海美谱达仪器有限公司；气相色谱仪，岛津公司；厌氧操作箱，Electrotek厌氧工作站。
1.3 培养基及溶液培养基：NH4Cl 0.50 g，MgSO4·7H2O 0.50 g，CaCl2·2H2O 0.25 g，NaCl 10 g，FeSO4·7H2O 2.00 mg，微量元素1.00 mL，亚硒酸钨酸盐溶液1.00 mL，酵母粉4.00 g，刃天青(0.1%质量体积比) 0.50 mL，K2HPO4 0.35 g，KH2PO4 0.23 g，NaHCO3 4.00 g，维生素液10.00 mL，L-半胱氨酸0.30 g，Na2S·9H2O 0.30 g，添加蒸馏水至1 L。调整pH为7.0。
微量元素溶液：硝基三乙酸1.50 g，MgSO4·7 H2O 3.00 g，MnSO4·H2O 0.50 g，NaCl 1.00 g，FeSO4·7H2O 0.10 g，CoSO4·7H2O 0.18 g，CaCl2·2H2O 0.10 g，ZnSO4·7H2O 0.18 g，CuSO4·5H2O 0.01 g，KAl(SO4)2·12H2O 0.02 g，H3BO3 0.01 g，Na2MoO4·2H2O 0.01 g，NiCl2·6H2O 0.03 g，Na2SeO3·5H2O 0.30 mg，Na2WO4·2H2O 0.40 mg，添加蒸馏水至1 L。调整pH为7.0。
亚硒酸钨酸盐溶液：NaOH 0.50 g，Na2SeO3·5H2O 3.00 mg，Na2WO4·2H2O 4.00 mg，添加蒸馏水至1 L。调整pH至7.0。
维生素溶液(mg/L)：生物素2.00，叶酸2.00，维生素B6 10.00，维生素B1 5.00，维生素B2 5.00，烟酸5.00，D泛酸钙5.00，维生素B12 0.10，对氨基苯甲酸5.00，硫辛酸5.00，添加蒸馏水至1 L。
1.4 菌体细胞含量的测定利用分光光度计在500-700 nm波长范围扫描，确定最大吸收峰对应的波长为600 nm。将菌悬液分别稀释2、5、10、20、30和50倍，波长600 nm下以蒸馏水为参照测定分光光度值。将菌液稀释至适当浓度，利用血球计数板确定菌体细胞含量，绘制分光光度值与菌体细胞含量的标准曲线。测量待测菌悬液的分光光度值，通过标准曲线计算出菌体细胞含量。
1.5 BXX菌株最适培养条件 1.5.1 最适温度和最适初始pH40 mL厌氧管中装入15 mL灭菌培养基，加入初始浓度为23 mmol/L的葡萄糖，以及初始菌体细胞含量为6.30×106-7.90×106个/mL的BXX菌株，顶空通入H2/CO2 (H2:CO2=4:1，体积比)气体至压力为0.16 MPa。调节培养基初始pH为8.5后置于10、15、20、25、30、35、40、45、50和55℃培养用于研究最适温度，调节培养基初始pH为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0置于25℃培养以研究最适初始pH。每个实验组均设置3组平行，培养14 d，每天取样一次测定菌体细胞含量和产物生成。
1.5.2 最适NaCl浓度和最适氮源调节培养基NaCl浓度分别为0、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%用于研究最适NaCl浓度，分别添加4 g/L氯化铵、尿素、酵母粉、胰蛋白胨、酪蛋白胨和硝酸钾用于研究最适氮源，其它培养基成分不变。40 mL厌氧管中装入15 mL灭菌培养基，加入初始浓度为23 mmol/L的葡萄糖，以及初始菌体细胞含量为1.80×106-1.87×106个/mL的BXX菌株，调节培养基初始pH为7.0，顶空通入H2/CO2 (H2:CO2=4:1，体积比)气体至压力0.16 MPa，置于30 ℃培养。每个实验组均设置3组平行，培养8 d，每天取样一次测定菌体细胞含量和产物生成。
1.6 BXX菌株的自养生长实验40 mL厌氧管中装入15 mL灭菌培养基，调整pH为7.0，BXX菌株初始菌体细胞含量为1.97×106-2.14×106个/mL，顶空通入H2/CO2 (H2:CO2= 4:1，体积比)、纯CO或合成气(CO:CO2:H2=4:3:3，体积比)至压力0.16 MPa并置于30 ℃培养。每个实验组均设置3组平行，培养104 h，每8 h取样一次测定菌体细胞含量和产物生成。
1.7 BXX菌株异养生长实验40 mL厌氧管中装入15 mL灭菌培养基，调整pH为7.0，分别加入葡萄糖、1, 2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚、甘油、丙酮酸和乳酸至23、10、10、20、20、20和20 mmol/L，BXX菌株初始细胞含量为1.47×106-2.24×106个/mL，顶空通入高纯N2至压力0.16 MPa并置于30 ℃培养。每个实验组均设置3组平行，培养160 h，每8 h取样一次测定菌体细胞含量和产物生成。
1.8 有机酸和气体的测定方法采用气相色谱(GC-2010)法测定挥发性脂肪酸(VFAs)和顶空气体，具体测定方法见参考文献[14-15]。
2 结果与分析 2.1 BXX菌株的最适培养条件 2.1.1 BXX菌株的最适温度当培养基NaCl浓度为0.2%，酵母粉为唯一氮源，初始pH为8.5，葡萄糖和H2/CO2为底物，BXX菌株初始菌体细胞含量为6.37×106个/mL，菌株于10-55 ℃下培养13 d后，其生长状况如图 1所示。温度低于15 ℃和高于50 ℃时，菌体细胞含量与初始含量无明显变化；温度为15、20、25、30、35、40、45和50 ℃时，菌体细胞终含量分别为8.56×106、1.50×107、5.45×107、5.60×107、4.65×107、4.11×107、2.97×107和9.23×106个/mL，指数期生长速率分别为2.60×104、1.56×105、8.40×105、9.61×105、7.52×105、6.58×105、3.77×105和4.92×105个/(mL·h)。综合菌体细胞终含量、指数期生长速率等情况，发现菌株BXX的生长温度范围为15-45 ℃，最适生长温度为30 ℃。
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| 图 1 不同温度下BXX菌株的生长 Figure 1 Growth of strain BXX under different temperatures |
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当培养基NaCl浓度为0.2%，酵母粉为唯一氮源，温度25 ℃，葡萄糖和H2/CO2为底物，BXX菌株初始细胞含量为7.95×106个/mL，菌体于pH 6.0-9.0下培养14 d后，其生长状况如图 2A、B和C所示。初始pH为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5和9.0时，菌体细胞终含量分别为5.49×107、6.35×107、6.47×107、6.37×107、4.68×107、3.62×107和3.26×107个/mL，指数期生长速率分别为8.25×105、1.16×106、1.21×106、1.17×106、7.13×105、4.95×105和4.64×105个/(mL·h)；乙醇初始浓度为0，终浓度分别为10.91、16.47、19.14、18.01、9.74、9.17和8.22 mmol/L，分别累积乙醇1.63×10-1、2.5×10-1、2.9×10-1、2.7×10-1、1.5×10-2、1.34×10-2和1.2×10-2 mmol，指数期乙醇产率分别为3.39×10-3、5.21×10-3、6.04×10-3、5.63×10-3、3.13×10-4、2.79×10-4和2.50×10-4 mmol/h。综合菌体细胞终含量、指数期生长速率、乙醇终浓度、乙醇产量、指数期乙醇产率等情况，发现菌株可在初始pH 6.0-9.0下生长，最适生长初始pH值为7.0。
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| 图 2 不同pH下BXX菌株的生长(A)和乙醇浓度(B)及pH的变化(C) Figure 2 The growth (A), ethanol concentration (B) and change of pH (C) of strain BXX under different pH |
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当培养基初始pH为7.0，酵母粉为唯一氮源，温度30 ℃，葡萄糖和H2/CO2为底物，BXX菌株初始细胞含量为1.80×106个/mL，菌体于NaCl浓度0-2.0%培养7 d后，生长状况如图 3A和B所示。NaCl浓度在0、0.2%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%下，菌体细胞终含量分别为1.13×107、1.50×107、2.63×107、4.50×107、3.37×107和2.74×107个/mL，指数期生长速率分别为1.89×105、2.39×105、4.21×105、5.92×105、5.79×105和4.63×105个/(mL·h)；乙醇初始浓度为0，乙醇终浓度分别为6.47、7.22、10.01、14.20、13.11和10.78 mmol/L，分别累积乙醇9.71×10-2、1.08×10-1、1.50×10-1、2.13×10-1、1.97×10-1和1.62×10-1 mmol，指数期乙醇产率分别为2.02×10-3、2.25×10-3、3.12×10-3、2.95×10-3、4.10×10-3和3.37×10-3 mmol/h。综合菌体细胞终含量、指数期生长速率、乙醇终浓度、乙醇产量、指数期乙醇产率等情况，发现菌株可在NaCl浓度0-2.0%下生长，最适生长NaCl浓度为1.0%。
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| 图 3 不同NaCl浓度、氮源下BXX菌株的生长(A、B)和乙醇浓度(C、D) Figure 3 The growth (A, B) and ethanol concentration (C, D) of strain BXX under different NaCl concentration and nitrogen source 注：YE：酵母粉；LV：氯化铵；N：尿素；Y：胰蛋白胨；LA：酪蛋白胨；X：硝酸钾. Note: YE: Yeast extract; LV: Ammonium chloride; N: Carbamide; Y: Tryptone; LA: Casein peptone; X: Potassium nitrate. |
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当培养基初始pH为7.0，NaCl浓度为1.0%，温度为30 ℃，葡萄糖和H2/CO2为底物，BXX菌株初始浓度为1.87×106个/mL，菌体于不同氮源的条件下培养7 d后，其生长状况如图 3C和D所示。以尿素、氯化铵或硝酸钾为唯一氮源时，菌体细胞含量无明显变化；以酵母粉、胰蛋白胨或酪蛋白胨为唯一氮源进行生长，细胞终含量为4.70×107、2.29×107和2.44×107个/mL，指数期生长速率分别为6.22×105、2.89×105和3.07×105个/(mL·h)。乙醇初始浓度为0，乙醇终浓度分别为15.18、7.20和9.36 mmol/L，分别累积乙醇2.28×10-1、1.08×10-1和1.40×10-1 mmol，指数期乙醇产率分别为3.17×10-3、1.5×10-3和1.94×10-3 mmol/h。综合菌体细胞终含量、指数期生长速率、乙醇终浓度、乙醇产量、指数期乙醇产率等情况，发现菌株能以酵母粉、胰蛋白胨和酪蛋白胨为氮源生长，并且最适氮源为酵母粉。
2.2 BXX菌株的自养生长特性当BXX菌株以H2/CO2为唯一碳源生长时，菌体细胞含量、H2利用和乙酸生成如图 4所示。菌体生长经过24 h的滞后期后进入指数期，菌体细胞含量从1.84×106个/mL增加到3.77×106个/mL。培养56 h后，菌体生长进入稳定期(图 4A)，顶空气体中的H2含量由36.86 mmol/L下降到31.75 mmol/L。顶空H2浓度下降了5.11 mmol/L，累积1.56 mmol/L乙酸(图 4B)。稳定期结束时，顶空气体中的H2含量由36.86 mmol/L下降到29.23 mmol/L，共消耗顶空H2气体7.63 mmol/L，获得乙酸1.98 mmol/L (图 4B)。
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| 图 4 BXX菌株以H2/CO2为底物的自养生长情况(A)及产乙酸和乙醇浓度(B) Figure 4 Autotrophic growth (A) and acetate/ethanol concentration (B) of strain BXX with H2/CO2 as substrate |
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当BXX菌株以合成气为唯一碳源生长时，菌体细胞含量和乙酸生成如图 5A和B所示。菌体细胞含量经历了滞后期和指数期后最终达到稳定期，菌体细胞含量从2.14×106个/mL增加到4.00×106个/mL，累积2.00 mmol/L乙酸。稳定期结束时顶空气体中的CO含量由24.68 mmol/L下降到20.27 mmol/L，产生H2气体2.02 mmol/L，菌株自养共消耗H2气体8.12 mmol/L。当BXX菌株以纯CO为唯一碳源生长时，菌体细胞含量和乙酸浓度都没有发生变化(图 5C和D)。
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| 图 5 BXX菌株分别以合成气(A、B)和CO (C、D)为底物的自养生长情况 Figure 5 Autotrophic growth of strain BXX with syngas (A, B) and CO (C, D) as substrates |
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当BXX菌株以葡萄糖为唯一碳源生长时，菌体细胞含量、葡萄糖利用和乙醇生成如图 6所示。菌体生长经过16 h滞后期后进入指数期，菌体细胞含量从2.00×106个/mL增加到1.08×107个/mL。培养40 h后，菌体生长进入稳定期。共消耗葡萄糖10.22 mmol/L，累积乙醇16.90 mmol/L (图 6B)。稳定期结束时，共消耗葡萄糖1.53×10-1 mmol，累积乙醇2.52×10-1 mmol。
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| 图 6 BXX菌株以葡萄糖为底物的异养生长情况(A)及产乙酸和乙醇浓度(B) Figure 6 Heterotrophic growth (A) and acetate/ethanol concentration (B) of strain BXX with glucose as substrate |
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BXX菌株能以1, 2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚和甘油为唯一碳源生长，菌体细胞含量和产乙醇浓度如图 7和8所示，菌体生长经历了滞后期、指数期后达到稳定期(图 7)。当BXX菌株以丙酮酸或乳酸为唯一碳源生长时，菌体细胞含量和乙醇浓度无明显变化(图 7E、F和图 8)。
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| 图 7 BXX菌株分别以1, 2-丙二醇(A)、甲酸钠(B)、乙二醇甲醚(C)、甘油(D)、丙酮酸(E)和乳酸(F)为底物异养生长情况 Figure 7 Heterotrophic growth of strain BXX with 1, 2-propanediol (A), sodium formate (B), 2-methoxyethanol (C), glycerol (D), pyruvate (E) and lactate (F) as substrate |
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| 图 8 菌株利用不同碳源异养生长产乙醇浓度 Figure 8 Ethanol concentration of strain BXX with different carbon source |
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同型产乙酸菌以H2/CO2为底物时，分别通过甲基支路和羰基支路固定两分子CO2合成一分子乙酰辅酶A，乙酰辅酶A转化为乙酰磷酸并最终转化成乙酸，该过程中H2提供电子，反应方程式为[16-18]：4H2+2CO2→CH3COOH+2H2O。
同型产乙酸菌以CO为底物时，一方面，CO可在一氧化碳脱氢酶作用下氧化成CO2，再通过甲基和羰基支路固定合成乙酰辅酶A并逐步生成乙酸；另一方面，CO可与甲基、辅酶A在一氧化碳脱氢酶作用下直接合成乙酰辅酶A，再逐步转化生成乙酸[19]。该过程中CO同时为同型产乙酸菌生长提供了电子供体和碳源。有研究报道部分同型产乙酸菌例如Clostridium aceticum和Moorella thermoacetica等均能以CO气体为唯一碳源进行生长[10, 20]。
BXX菌株以H2/CO2为底物时，消耗顶空H2气体7.63 mmol/L，理论生成乙酸1.90 mmol/L，而实际获得乙酸1.98 mmol/L。菌株BXX利用H2/CO2为底物生成乙酸的转化率为104.00%。以纯CO气体为底物时，BXX菌体不能生长，但以合成气为底物时可进行自养生长，消耗CO气体4.41 mmol/L，共消耗H2气体8.12 mmol/L。
同型产乙酸菌以葡萄糖为底物时，1 mol葡萄糖通过糖酵解氧化生成2 mol丙酮酸并进一步氧化生成2 mol乙酰辅酶A，再转化成乙酸。该反应产生的额外2 mol的CO2和8 mol的[H]通过乙酰辅酶A途径进一步转化为1 mol乙酸[21]。据此推断，当产物为乙酸时，同型产乙酸菌菌株利用1 mol葡萄糖共生成3 mol乙酸，反应方程式为[22]：
葡萄糖+4ADP+4Pi→2乙酸+2CO2↑+4ATP+2H2O+8[H]；
2CO2+8[H]→乙酸+2H2O。
反应式中的CO2是细菌生长的第二底物，反应实质是混合营养过程[6]。研究表明，并非所有同型产乙酸菌都产生乙酸作为终产物[23]。如Clostridium autoethanogenum转化CO生成乙醇，Clostridium ljungdahlii以合成气为唯一碳源时则生成乙醇和乙酸[23-24]。当以葡萄糖为底物、产物为乙醇时，只生成2 mol乙醇。这是因为水解1 mol葡萄糖生成2 mol乙醇的同时释放两分子的CO2，但受限于氧化还原平衡，2 mol CO2无法继续与[H]反应生成第三分子的乙醇。因此，要想最大限度获取乙醇，可顶空冲入H2提供还原力，此时的反应方程式为[25-26]：
2葡萄糖+6H2→3乙醇+3H2O。
BXX菌株以葡萄糖为底物(顶空不充入H2)异养生长时主要产物为乙醇。因此，1 mol葡萄糖仅生成2 mol的乙醇，即消耗葡萄糖1.53×10-1 mmol理论上产生乙醇3.06×10-1 mmol。乙醇实际产量为2.52×10-1 mmol，因而以葡萄糖为底物时生成乙醇的转化率为82.6%。
自养生长指数期内细菌增长速度可达6.03×104个/(mL·h)，异养生长指数期内细菌增长速度为3.67×105个/(mL·h)。因此，与自养生长相比，BXX具有更强的异养生长能力。
同型产乙酸菌代谢底物多样化，不同菌株代谢能力的差异或不同的环境条件都会改变产物的产量和组成[5]。与多数同型产乙酸菌相比，菌株BXX葡萄糖异养生长的乙醇转化率较低，H2/CO2自养生长的乙酸转化率较高(表 1)。此外，菌株在中温和中性pH培养条件下生长良好，代谢底物广泛，耐盐性较高。因此，与多数已知同型产乙酸菌相比，菌株BXX是乙酸发酵的优良菌种资源，在以生物发酵气(主要成分为CO2和H2)、工业燃料废气(主要为CO2)和合成气(主要成分为CO、H2和CO2)生产乙酸等方面具有工业应用潜力[5]。
表 1 同型产乙酸菌不同菌株对H2/CO2、葡萄糖的转化情况
Table 1 Transformation of H2/CO2 and glucose by different strains of acetogens
| 菌种 Strains |
底物 Substrate |
主要产物 Main product |
底物转化率 Carbon recovery (%) |
| Clostridium sp. BXX | H2/CO2 | Acetate | 104.00 |
| Acetobacteriurn malicurn | H2/CO2 | Acetate | 95.00 |
| Acetonema longum | H2/CO2 | Acetate | 102.20 |
| Acetoanaerobium noterae | H2/CO2 | Acetate | 117.00 |
| Clostridium mayombei | H2/CO2 | Acetate | 91.65 |
| Clostridium sp. BXX | Glucose | Ethanol | 82.60 |
| Acetobacterium woodii | Glucose | Acetate | 92.00-95.00 |
| Clostridium magnum | Glucose | Acetate | 106.80 |
| Acetonema longum | Glucose | Acetate | 99.30 |
| Clostridium mayombei | Glucose | Acetate | 85.50 |
(1) Clostridium sp.菌株BXX是一株中温、中性pH、耐盐环境下生长的同型产乙酸菌。该菌株能以H2/CO2、合成气、葡萄糖、1, 2-丙二醇、甲酸钠、乙二醇甲醚和甘油为唯一碳源进行生长，不能以纯CO、丙酮酸和乳酸为唯一碳源进行生长。
(2) BXX菌株自养生长时主要生成乙酸，异养生长时主要生成乙醇。从指数期内细菌增长速度和底物转化率水平来看，BXX菌株具有更强的异养生长能力。
(3) BXX菌株是乙酸发酵的优良菌种资源，有较好的工业应用潜力。
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