哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3氢化酶活性与产氢特性相关性研究

论文摘要

生物制氢是一种利用微生物代谢产生氢气的可持续能源技术,因其环境友好性成为研究的热点。产乙醇杆菌属的发现证实了乙醇型发酵产氢理论,为阐述氢醇共生产代谢机制和揭示细菌自凝集机理提供模式菌株,为产氢细菌的遗传改良提供优良的出发菌株,尤其是自凝集产氢菌株YUAN-3T的分离,对发酵法生物制氢技术有着重大的工程和理论意义。氢化酶是能量代谢过程中氢释放的最后限速酶系,其活性的高低以及表达周期的长短直接影响了产氢细菌的能量代谢,从而影响氢气的释放速度和产量。为进一步加快发酵法生物制氢技术的工业化进程,从酶学水平上探讨影响因子等对产氢发酵细菌的氢化酶活性的影响,将为提高菌种产氢能力提供理论指导,有利于实现对菌种的“目的性调控”。本论文针对高效产氢菌Ethanoligenens harbinenseYUAN-3本身的特性,对该菌氢化酶的活性检测方法进行了优化,进而对其与菌株产氢特性的相关性进行了研究,探讨了该氢化酶活性的影响因子。对YUAN-3氢化酶活性的检测方法进行优化时发现超声波功率为30kHz,处理时间为2min时酶活性较高且处理较完全。酶活测定时的最适pH为7.5,最适温度为35℃。甲基紫精浓度为2.5mmol/L时氢化酶产氢效果较好酶活较高,PMSF及DTT的加入有效的抑制了氢化酶活性的降低。在发酵罐间歇试验的研究中发现YUAN-3氢化酶活性随发酵的进行呈现先上升后下降的趋势,12小时达到最高时比产氢率高达2.18mol H2 /mol葡萄糖。研究发现该酶获得最高活性的时间比细胞进入生长对数期的时间要提前3小时左右。在考察各种生态因子对Ethanoligenens harbinense YUAN-3氢化酶活性影响的研究中发现,其在pH为4.5,C/N比为22.4;Mg2+浓度为300mg/L（MgCl2·6H2O）;Fe2+浓度为60mg/L（FeSO4·7H2O）,接种量为3%时获得最大的活性,且此时Ethanoligenens harbinense YUAN-3产氢能力也接近其最好水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 氢能与生物制氢技术
• 1.1.1 氢能
• 1.1.2 生物制氢技术
• 1.2 产氢微生物及其产氢能力
• 1.2.1 光合产氢微生物
• 1.2.2 发酵产氢细菌
• 1.3 发酵产氢代谢途径研究
• 1.3.1 发酵产氢代谢途径概述
• 1.3.2 丁酸型发酵
• 1.3.3 丙酸型发酵
• 1.3.4 乙醇型发酵
• 1.4 氢化酶研究进展
• 1.4.1 氢化酶的分类与分布
• 1.4.2 氢化酶的分子结构与活性中心
• 1.4.3 氢化酶活性检测的研究
• 1.5 本课题的研究意义与研究内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 研究目的和意义
• 1.5.3 研究内容
• 第2章 实验材料和方法
• 2.1 主要实验仪器试剂与实验装置
• 2.1.1 主要仪器设备
• 2.1.2 主要实验试剂
• 2.1.3 试验装置
• 2.2 试验方法和分析方法
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 分析方法
• 2.2.3 蛋白质含量的测定
• 2.2.4 金属离子的测定
• 2.2.5 葡萄糖含量的测定
• 第3章 高效产氢细菌YUAN-3 的氢化酶活性检测方法优化
• 3.1 细胞收获及细胞抽提液制备的优化
• 3.1.1 关于预处理方法的试验
• 3.1.2 关于超声波处理的优化
• 3.2 关于反应体系pH的优化
• 3.3 关于反应温度的优化
• 3.4 关于MV浓度的优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 YUAN-3 氢化酶与产氢相关性研究
• 4.1 氢化酶活性与产氢过程中pH变化的相关性
• 4.2 氢化酶活性与产氢过程中细胞干重变化的相关性
• 4.3 氢化酶活性与产氢过程中产氢量变化的相关性
• 4.4 氢化酶活性与产氢过程中Fe离子利用率的相关性
• 4.5 本章小结
• 第5章 影响高效产氢细菌YUAN-3 氢化酶活性的因素
• 5.1 C/N比对YUAN-3 产氢能力及氢化酶活性的影响
• 5.2 pH值对YUAN-3 产氢能力及氢化酶活性的影响
• 5.3 金属离子对YUAN-3 产氢能力和氢化酶活性
• 2+对YUAN-3 产氢能力和氢化酶活性的影响'>5.3.1 Mg²⁺对YUAN-3 产氢能力和氢化酶活性的影响
• 2+对YUAN-3 产氢能力和氢化酶活性的影响'>5.3.2 Fe²⁺对YUAN-3 产氢能力和氢化酶活性的影响
• 5.4 接种量对产氢能力及氢化酶活性的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢