光合产氢菌群的分离鉴定及其产氢特性分析

论文摘要

本论文是在国家自然科学基金项目“超微秸秆类生物质光合连续产氢过程及代谢热研究”（项目编号:50976029）和国家863计划项目“中小型太阳能光合生物制氢系统及其生产性运行研究”（项目编号:2006AA05Z119）的资助下完成的。研究开发以农作物秸秆和畜禽粪便为主要原料的光合细菌制氢技术,对于保障国家能源安全,实现农业生物质资源化清洁利用具有重要的意义。高效菌种选育作为光合生物制氢科学技术领域的主要研究方向得到了能源与环境科学界研究工作者的广泛关注。普遍认为纯菌种制氢需要较为严格的无菌环境,制氢成本较高,效率较低,而混合菌群中的光合细菌具有不同的光吸收波谱和原料利用性能,存在多菌种的协调效应,因此混合菌群有原料利用率高和产氢效率高等优势,选育高效优势混合菌群对推动光合生物制氢技术研究进展至关重要。本文主要从光照充裕、有机质含量高的多处污泥中采取样品富集培养光合细菌混合产氢菌群,然后对富集的优势光合细菌进行分离鉴定,优化适合该菌种的产氢培养基,提高产氢效率和产氢量,在最佳的产氢培养基配方下进行了该菌群的产氢性能实验研究。主要研究内容和结果:（1）在郑州市的五个地点取得样品,用特殊的光合细菌富集培养基对其中的光合细菌进行富集,得到光合细菌混合菌群。（2）通过分离和鉴定,得到5株紫色非硫细菌（hnau2-1 hnau2-3、hnau9-1、hnau11-5和hnau12）,其中hnau2-1属于红螺菌属（Rhodospirilum）的深红红螺菌（Rhodospirillum rubrum）、hnau2-3和hnau11-5分别属于红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）的荚膜红假单胞菌（R.capsulata）和沼泽红假单胞菌（R.pulastris）。hnau9-1和hnau12分别属于红细菌属（Rhodobacter）的类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）和荚膜红细菌（Rhodobacter capsulatus）。（3）根据菌株的菌落形态不同,采用平板菌落计数法,计算出混合菌群中各个菌种的百分含量,其中深红红螺菌（Rhodospirillum rubrum）27%、荚膜红假单胞菌（R.capsulata） 25%、沼泽红假单胞菌（R.pulastris） 28%、类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）9%、荚膜红细菌（Rhodobacter capsulatus）11%。（4）对本课题富集的混合菌种的产氢培养基进行优化,修正优化后的产氢培养基配方为NH4Cl 0.4g/L;MgCI2 0.2g/L;酵母膏0.1g/L; K2HPO4 0.5g/L;NaC1 2g/L;葡萄糖10 g/L ;谷氨酸钠3.5 g/L;调pH为7。在优化后的最佳培养基配方下,该菌群的各项产氢性能指标为,产氢时间较长,可达到204h,比以前的混合菌群产氢时间长。最大产氢量为3.41L/L,最大产氢速率为44.17ml/（L·h）,最高氢气含量为46.73%。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 光合细菌产氢机理
• 1.3 光合细菌制氢技术研究现状
• 1.4 光合产氢菌种
• 1.5 课题研究内容和意义
• 1.5.1 研究意义和目的
• 1.5.2 研究内容
• 2 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 菌源
• 2.1.2 培养基
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 取样
• 2.2.2 混合菌群的富集实验
• 2.2.3 菌种扩大培养和保存方法
• 2.2.4 混合菌群的分离试验
• 2.2.5 各个菌株的鉴定试验
• 2.2.6 各个菌种在混合菌种的百分含量的实验方法
• 2.2.7 混合菌群产氢培养基优化实验
• 2.3 实验装置及仪器设备
• 2.3.1 光合细菌产氢的实验装置
• 2.3.2 主要实验仪器
• 2.4 主要参数的测定方法
• 2.4.1 pH 值的测定
• 2.4.2 光照强度的测定
• 2.4.3 氢气产量和含量的测定
• 3 光合细菌富集培养
• 3.1 菌源采样
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验内容和结果
• 3.2 菌群富集
• 3.2.1 实验仪器及试剂
• 3.2.2 实验内容和结果
• 3.3 本章小结
• 4 光合细菌的分离鉴定
• 4.1 双层平板稀释法分离光合细菌
• 4.1.1 实验仪器及试剂
• 4.1.2 实验内容及结果
• 4.2 琼脂柱法分离光合细菌
• 4.2.1 实验仪器及试剂
• 4.2.2 实验内容及结果
• 4.3 形态与生理生化鉴定光合菌株
• 4.4 分子鉴定光合菌株
• 4.4.1 收集菌体
• 4.4.2 提取纯菌种DNA
• 4.4.3 菌株的16S rDNA PCR 扩增反应
• 4.4.4 分子鉴定结果
• 4.5 各个菌种在混合菌种的百分含量的实验
• 4.5.1 实验内容
• 4.5.2 实验结果
• 4.6 本章小结
• 5 混合菌群的产氢实验研究
• 5.1 光合产氢混合菌群产氢的优化
• 4⁺对产氢的影响'>5.1.1 不同 NH₄⁺对产氢的影响
• 5.1.2 谷氨酸钠对产氢的影响
• 5.2 光合产氢混合菌群在最佳培养基下的产氢性能
• 5.3 本章小结
• 6 全文结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• ABSTRACT