微藻光合放氢的生理生化调控及生物技术研究

论文摘要

氢能将是主宰未来世界的主要能源之一,氢能的研究开发已经成为世界各国能源研究的重要方向。微藻光合制氢,因其无污染、可再生,成为生物制氢领域最有应用前景的研究方向之一。本论文选取模式植物莱茵衣藻、经济藻种钝顶螺旋藻作为实验材料,对微藻光合放氢的生理生化过程调控及相关生物技术进行综合研究。获得的主要成果如下:(1)建立起微藻两步法放氢的技术平台和批次培养的回馈监控模式;同时,运用离子色谱追踪整个放氢过程中的离子变化,我们的实验结果证明对于衣藻两步法放氢而言,乙酸的存在是必要条件之一。这个结果与文献报道不尽相同,值得进一步深入地研究。(2)筛选出一株联合固氮菌,摸索出藻菌共培养的培养基合适配置和活性控制条件;在两步法放氢的基础上,充分利用藻菌之间的优势互补,设计构建藻菌共培养放氢体系,与两步法放氢比较,该体系能提前12小时进入放氢状态,提高单位叶绿素放氢效率1倍左右,延长体系稳定时间近20小时。(3)利用固定化技术获得高产氢效率,去固定化后持续产氢是我们设计出微藻连续放氢的一个特点。同时,摸索出衣藻放氢过程中的间歇进料进流程序,使连续放氢时间可达3周左右。(4)实验证明两步法放氢技术,并不适用于螺旋藻;同时,在摸索建立螺旋藻的藻菌共培养放氢体系过程中,发现非致病性肺炎克雷伯氏杆菌培养液可以破碎螺旋藻细胞,这种全新的提取藻蓝蛋白的方法,具有节约成本,便于操作,温和均匀的独特优势。(5)在连续放氢体系中加入适量蔗糖做底物和引物,剩余存活的菌可以继续利用提取藻蓝蛋白后剩余螺旋藻藻渣和放氢后死亡的衣藻进行发酵放氢,可获得更高产率的氢气,之后继续利用光合细菌进一步放氢,形成连续放氢网络,

论文目录

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• 第一章 微藻光合放氢的历史、现状和前景
• 1.1 氢能源的背景介绍
• 1.2 生物制氢
• 1.3 微藻放氢的酶系
• 1.3.1 固氮酶
• 1.3.2 氢酶
• 1.3.3 吸氢酶
• 1.4 微藻光合放氢的历史
• 1.5 微藻两步法放氢
• 1.6 微藻放氢的国内外研究动态
• 第二章 衣藻光合放氢的状态调控
• 2.1 前言
• 2.1.1 衣藻培养中的碳源
• 2.1.2 衣藻培养中生物反应器的建立
• 2.1.3 衣藻纯培养和通气分批反应器的建立
• 2.2 材料与方法
• 2.3 结果与分析
• 2.4 讨论和小结
• 第三章 衣藻光合放氢过程中胞外环境组分变化初步研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 离子变化
• 3.3.2 放氢过程pH 值变化
• 3.3.3 放氢检测
• 3.4 讨论和小结
• 第四章 藻菌共培养及固定化培养在放氢研究上的应用
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 藻菌共培养体系的放氢效率
• 4.3.2 藻菌复合体系光合放氢的过程
• 4.3.3 固定化放氢、连续放氢
• 4.3.4 影响藻菌复合培养体系的其他因素
• 4.3.5 藻菌复合培养体系中藻菌的形态学变化
• 4.4 讨论和小结
• 第五章 螺旋藻放氢及藻蓝蛋白的提取纯化
• 5.1 前言
• 5.1.1 螺旋藻放氢概述
• 5.1.2 藻蓝蛋白及提取方法概述
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 螺旋藻放氢的材料与方法
• 5.2.2 藻蓝蛋白提取纯化的材料与方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 螺旋藻放氢的结果与分析
• 5.3.2 藻蓝蛋白提取纯化的结果与分析
• 5.4 讨论和小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 建立连续放氢网络的探索
• 6.2 微藻光合放氢的离子组学研究
• 6.3 从实验到实际运用的道路
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间主要成果（专利、基金及论文）