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《河南农业大学》 2009年
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光合细菌产氢基质代谢实验研究

王毅  
【摘要】: 本论文是在国家自然科学基金项目“光合生物制氢体系的热效应及产氢机理研究”(项目编号:50676029)的资助下完成的。本研究以光合产氢混合菌群为研究对象,研究了不同碳氮源及产氢基质对光合细菌生长和产氢的影响,并进一步研究了光合细菌生长和产氢条件下对碳氮源及产氢基质的利用规律,目的在于为光合细菌的产氢的机理研究提供参考和依据。结果如下: (1)光合细菌能够利用乙酸、丁酸、丙酮酸等小分子酸醇作为生长碳源生长,TCA(三羧酸循环)途径的中间代谢物也容易为光合细菌所利用。光合细菌利用乙酸生长时,乙酸的最佳添加浓度为80mmol/L,24~120h对数生长期内乙酸最大消耗速率1.29mmol/h。光合细菌利用乙酸产氢时,乙酸的最佳添加浓度40mmol/L,48~96小时产氢高峰期内乙酸最大消耗速率0.64mmol/h。 (2)光合细菌对氮源有很强的选择性,无机氮源尤其是铵盐类物质最易为光合细菌利用,有机氮源次之,N_2则最为缓慢。光合细菌以(NH_4)_2SO_4为氮源生长时,(NH_4)_2SO_4的最佳添加浓度为7 mmol/L,24~120h菌体在对数生长期内(NH_4)_2SO_4最大消耗速率0.105mmol/L。有机氮源对光合细菌产氢的影响要好于无机氮源。光合产氢混合菌群以(NH_4)_2SO_4为氮源产氢时,氮源最佳添加浓度为3.5mmol/L时,菌体只在0~48h内利用氮源,(NH_4)_2SO_4最大消耗速率0.03mmol/L,菌体进入产氢高峰期则不再利用氮源。 (3)光合细菌以葡萄糖为基质产氢,葡萄糖浓度低于0.05%时,葡萄糖主要作为生长碳源,不用于产氢。葡萄糖浓度为0.1~0.4%时,细胞主要利用葡萄糖进行产酸代谢。葡萄糖浓度大于0.5%时,菌体则能有效利用葡萄糖产氢。光合细菌以葡萄糖为基质产氢时,葡萄糖的最佳添加浓度为3%。 (4)光合细菌利用葡萄糖产氢的过程存在着代谢产酸的过程,低pH值条件下菌体的生长和产氢活性下降,菌体发生衰亡。产氢过程中批次添加葡萄糖对菌体的衰亡有一定的抑制作用,但对产氢没有促进作用。外源调节菌液的pH值则对细胞的生长和产氢均有促进作用。 (5)光合细菌利用葡萄糖产氢时,葡萄糖在24~96h迅速降解,分解葡萄糖产酸,葡萄糖最大消耗速率2.75 mmol/L,96h后葡萄糖基本降解完毕,菌体进入产氢末期。产氢高峰期菌体利用葡萄糖的主要代谢产物为乙酸,产氢末期菌体利用葡萄糖的主要代谢产物为丁酸。 (6)Monod方程可以较好的描述光合细菌产氢过程中延滞期和对数增长期菌体生长变化情况,在0~96h内模拟值与试验值相对误差小于5%。由Monod方程推导的底物消耗模型能够较好地反应出光合细菌利用葡萄糖产氢过程中产氢延延滞期和高峰期底物的消耗变化规律,0~72h内模拟值与试验值相对误差小于5%,但不适用于72h后菌液中产氢基质的消耗规律。
【学位授予单位】:河南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:Q93

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