一株光发酵细菌的分离鉴定及其产氢特性的研究

摘要

生物制氢是利用微生物自身的新陈代谢途径产氢,以其成本低、无污染等突出优势而受到广泛关注。利用光发酵细菌产氢能够利用太阳能,降解转化有机污染物,产氢过程不产氧,因此被认为是一类很有发展前景的生物制氢技术,而筛选高效的产氢光发酵细菌一直是研究的热点。本文利用改进的Hungate厌氧培养技术,从哈尔滨地区的湖泊底泥中成功分离筛选到一株产氢光发酵细菌RLD-119。16S rDNA基因序列鉴定确认, RLD-119属于红假单胞菌属。RLD-119的产氢现象一般发生在细胞生长的对数期的中后期和稳定期的前期；乙酸、苹果酸、乳酸、丙酸、琥珀酸、葡萄糖都是RLD-119生长和产氢的良好碳源和氢供体,以乙醇和丁酸为碳源时,RLD-119不产氢；在乙酸与丁酸的混合体系中,当丁酸的浓度低于25mM时,混合体系的产氢能力高于只有乙酸的反应体系,当丁酸的浓度升高时,产氢受到抑制；谷氨酸钠的浓度对产氢也有重要的影响；RLD-119在厌氧和光照强度为5000 lx7500 lx,持续光照,接种来自24 h预培养物以及pH 6.0 7.0范围内生长良好,并且产氢能力最高。由间歇补料产氢试验可知,补料有利于比产氢率的升高,RLD-119最大产氢速率为32.46 ml / g生物量·h,最大比产氢率为3.52 mol H2 / mol乙酸,最大底物转化率达到88%。上述结果表明,本研究分离的产氢光发酵细菌RLD-119是红假单胞菌,具有高效产氢能力,通过生长与产氢特性的研究,得到了该菌株的最佳生长和产氢条件,为其实现光生物制氢系统的优化提供了理论依据和工艺参数,并为后续的联合产氢提供了理论基础。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 生物制氢的途径

1.2.1 发酵法生物制氢

1.2.2 非发酵法生物制氢

1.3 光发酵细菌产氢的研究进展

1.3.1 光发酵细菌产氢机理

1.3.2 产氢菌种

1.3.3 影响光发酵细菌产氢的因素

1.3.4 光发酵细菌产氢的实用化研究

1.4 本课题的来源及研究的目的意义

1.4.1 课题来源

1.4.2 研究目的与意义

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.1.1 菌种来源

2.1.2 试验装置

2.1.3 培养基配方

2.1.4 主要仪器和设备

2.2 试验方法

2.2.1 光发酵细菌的富集、分离和筛选方法

2.2.2 产氢光发酵细菌形态学观察和分子生物学鉴定方法

2.2.3 细菌生长条件的研究

2.2.4 间歇产氢试验方法

2.2.5 分析方法

第3章 产氢光发酵细菌的筛选和鉴定

3.1 光发酵细菌的富集和分离

3.2 产氢光发酵细菌的筛选及研究对象的选择

3.3 RLD-119 的形态学观察

3.4 RLD-119 的分子生物学鉴定

3.4.1 16S rDNA基因扩增结果

3.4.2 转化子鉴定及克隆测序结果

3.4.3 系统进化分析

3.5 RLD-119 的生长曲线

3.6 RLD-119 的培养条件

3.6.1 碳源对RLD-119 生长的影响

3.6.2 氮源对RLD-119 生长的影响

3.6.3 pH对RLD-119 生长的影响

3.6.4 能量来源对RLD-119 生长的影响

3.7 本章小结

第4章 光发酵细菌 RLD-119 产氢特性的研究

4.1 RLD-119 生长与产氢的关系

4.2 营养物质对RLD-119 产氢的影响

4.2.1 碳源

4.2.2 谷氨酸钠浓度

4.3 光照条件对RLD-119 产氢的影响

4.3.1 光照强度

4.3.2 光暗交替

4.4 其它条件对RLD-119 产氢的影响

4.4.1 菌种初期活性

4.4.2 培养基初始pH

4.5 间歇补料产氢试验

4.6 本章小结

结论与建议

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢