光合細(xì)菌產(chǎn)氫基質(zhì)代謝實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文是在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“光合生物制氫體系的熱效應(yīng)及產(chǎn)氫機(jī)理研究”（項(xiàng)目編號(hào)：50676029）的資助下完成的。本研究以光合產(chǎn)氫混合菌群為研究對(duì)象，研究了不同碳氮源及產(chǎn)氫基質(zhì)對(duì)光合細(xì)菌生長(zhǎng)和產(chǎn)氫的影響，并進(jìn)一步研究了光合細(xì)菌生長(zhǎng)和產(chǎn)氫條件下對(duì)碳氮源及產(chǎn)氫基質(zhì)的利用規(guī)律，目的在于為光合細(xì)菌的產(chǎn)氫的機(jī)理研究提供參考和依據(jù)。結(jié)果如下： （1）光合細(xì)菌能夠利用乙酸、丁酸、丙酮酸等小分子酸醇作為生長(zhǎng)碳源生長(zhǎng)，TCA（三羧酸循環(huán)）途徑

2、的中間代謝物也容易為光合細(xì)菌所利用。光合細(xì)菌利用乙酸生長(zhǎng)時(shí)，乙酸的最佳添加濃度為80mmol/L，24～120h對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期內(nèi)乙酸最大消耗速率1．29mmol/h。光合細(xì)菌利用乙酸產(chǎn)氫時(shí)，乙酸的最佳添加濃度40mmol/L，48～96小時(shí)產(chǎn)氫高峰期內(nèi)乙酸最大消耗速率0．64mmol/h。 （2）光合細(xì)菌對(duì)氮源有很強(qiáng)的選擇性，無機(jī)氮源尤其是銨鹽類物質(zhì)最易為光合細(xì)菌利用，有機(jī)氮源次之，N2則最為緩慢。光合細(xì)菌以（NH4）2SO4為氮源

3、生長(zhǎng)時(shí)，（NH4）2SO4的最佳添加濃度為7 mmol/L，24～120h菌體在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期內(nèi)（NH4）2SO4最大消耗速率0．105mmol/L。有機(jī)氮源對(duì)光合細(xì)菌產(chǎn)氫的影響要好于無機(jī)氮源。光合產(chǎn)氫混合菌群以（NH4）2SO4為氮源產(chǎn)氫時(shí)，氮源最佳添加濃度為3．5mmol/L時(shí)，菌體只在0～48h內(nèi)利用氮源，（NH4）2SO4最大消耗速率0．03mmol/L，菌體進(jìn)入產(chǎn)氫高峰期則不再利用氮源。 （3）光合細(xì)菌以葡萄糖為基質(zhì)產(chǎn)氫，

4、葡萄糖濃度低于0．05％時(shí)，葡萄糖主要作為生長(zhǎng)碳源，不用于產(chǎn)氫。葡萄糖濃度為0．1～0．4％時(shí)，細(xì)胞主要利用葡萄糖進(jìn)行產(chǎn)酸代謝。葡萄糖濃度大于0．5％時(shí)，菌體則能有效利用葡萄糖產(chǎn)氫。光合細(xì)菌以葡萄糖為基質(zhì)產(chǎn)氫時(shí)，葡萄糖的最佳添加濃度為3％。 （4）光合細(xì)菌利用葡萄糖產(chǎn)氫的過程存在著代謝產(chǎn)酸的過程，低pH值條件下菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)氫活性下降，菌體發(fā)生衰亡。產(chǎn)氫過程中批次添加葡萄糖對(duì)菌體的衰亡有一定的抑制作用，但對(duì)產(chǎn)氫沒有促進(jìn)作用。外源

5、調(diào)節(jié)菌液的pH值則對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)和產(chǎn)氫均有促進(jìn)作用。 （5）光合細(xì)菌利用葡萄糖產(chǎn)氫時(shí)，葡萄糖在24～96h迅速降解，分解葡萄糖產(chǎn)酸，葡萄糖最大消耗速率2．75 mmol/L，96h后葡萄糖基本降解完畢，菌體進(jìn)入產(chǎn)氫末期。產(chǎn)氫高峰期菌體利用葡萄糖的主要代謝產(chǎn)物為乙酸，產(chǎn)氫末期菌體利用葡萄糖的主要代謝產(chǎn)物為丁酸。 （6）Monod方程可以較好的描述光合細(xì)菌產(chǎn)氫過程中延滯期和對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期菌體生長(zhǎng)變化情況，在0～96h內(nèi)模擬值與試驗(yàn)