光合细菌产氢系统热效应实验研究

论文摘要

光合细菌在产氢过程中系统产热,会使光合反应器产生温度应力变形,影响光合制氢体系的产氢量和产氢速率,更重要的是光合细菌产氢放热的同时,酶的活性有所变化,它直接影响产氢的效率,所以对光合细菌产氢系统热效应的研究是非常重要的。本文是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”的主要研究内容（项目编号:50676029）,主要是依据生物热效应的原理和光合细菌制氢的特点,利用课题组筛选的光合细菌,研究了在光合细菌产氢过程中,系统产热速率的变化规律,并进一步研究了光合生物制氢体系在热效应的影响下,光合细菌产氢能力的变化规律,还研究探讨了热效应对光合细菌固氮酶和放氢酶活性的影响作用。结果表明:1.光合细菌产氢时初始条件对系统产热速率有不同程度的影响,同一条件下,系统温度随产氢时间的延长呈增加趋势,产热速率随产氢时间的延长呈先增大后减小的趋势。2.热效应对产氢能力的影响:初温低于27℃,热效应有利于产氢能力提高,温度高于27℃,不利于产氢;在热效应的影响下,500～3000Lx光照强度范围内,光合细菌的产氢量和产氢速率都随光照强度增加呈增加趋势;接种量小于20%时,热效应有利于产氢能力的提高,接种量大于20%,产氢能力有所降低,并且在产氢过程中出现二次产氢现象;同一碳源,有热效应影响的系统产氢能力大于无热效应的系统,在实验所选择的四种碳源中,葡萄糖是最好的产氢碳源,热效应影响下葡萄糖浓度为3.0 %时,产氢能力最好;NH4+浓度小于0.6g/L时,热效应有利于产氢能力的提高,NH4+浓度为0.8g/L时,热效应不利于产氢能力的提高,但有利于细菌的生长繁殖。3.固氮酶活性和放氢酶活性呈正相关关系,固氮活性越高,放氢活性也越高。热效应对酶活性的影响表明:初始温度为27℃,固氮酶和放氢酶活性的活性表达最为显著;光照强度在500～3000Lx范围内,增加光照强度,有利于固氮酶和产氢酶活性的提高;接种量为5%～20%时,热效应能够促进固氮酶和放氢酶活性的提高;除葡萄糖浓度为0.5%时,放氢酶活性不表达外,其他以葡萄糖为碳源的光合细菌有较高的固氮酶和放氢酶活性,葡萄糖浓度为3.0%时,固氮酶和放氢酶的活性最高,分别是495 nmolC2H4/mL菌液/h、925 nmolH2/mL菌液/h,蔗糖次之,而以乙酸和乳酸为碳源,光合细菌有比较低的固氮酶和放氢酶活性;不同NH4+浓度,热效应能够促进酶活性的表达,NH4+浓度为0.4g/L时活性表达最为显著。4.热效应对氢气浓度的提高有明显的促进作用。系统温度升高越多,氢气浓度也越高。5.以葡萄糖为碳源,光合细菌的增长速度最快,其次是蔗糖,乙酸,然后是乳酸。葡萄糖浓度为0.5%时,光合细菌只发生色素变化不产氢,在807nm和863nm处的吸收峰不随时间延迟而消失。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 光合细菌产氢的研究现状
• 1.3 生物热效应研究现状
• 1.3.1 量热法应用及优点
• 1.3.2 热动力学的基本原理和模型
• 1.3.3 光合产氢系统热效应的研究
• 1.4 本文研究的目的和内容
• 2 实验方法
• 2.1 实验装置及仪器设备
• 2.1.1 光合细菌产氢的实验装置
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 产氢菌种来源
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 培养工艺
• 2.3 主要参数的测定
• 2.3.1 温度的测定
• 2.3.2 光照强度的测定
• 2.3.3 pH 值的测定
• 2.3.4 产热速率的测定
• 2.3.5 细胞生长的测定
• 2.3.6 氢气产量和含量的测定
• 2.3.7 放氢活性的测定
• 2.3.8 固氮酶活性的测定
• 2.3.9 乙烯的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 光合细菌产氢系统产热速率的研究
• 3.1.1 初始温度对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 3.1.2 光照强度对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 3.1.3 接种量对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 3.1.4 碳源对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 3.1.5 葡萄糖浓度对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 3.1.6 葡萄糖接入时间对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 4⁺浓度对光合细菌产氢系统产热速率的影响'>3.1.7 NH₄⁺浓度对光合细菌产氢系统产热速率的影响
• 3.1.8 小结
• 3.2 热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.1 初始温度热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.2 光照强度热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.3 接种量热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.4 碳源热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.5 葡萄糖浓度热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.6 葡萄糖接入时间热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 4⁺浓度热效应对光合细菌产氢能力的影响'>3.2.7 NH₄⁺浓度热效应对光合细菌产氢能力的影响
• 3.2.8 小结
• 3.3 热效应对产氢酶活性的影响
• 3.3.1 初始温度对酶活性的影响
• 3.3.2 光照强度对酶活性的影响
• 3.3.3 接种量对酶活性的影响
• 3.3.4 碳源对酶活性的影响
• 3.3.5 葡萄糖浓度对酶活性的影响
• 4⁺浓度对酶活性的影响'>3.3.6 NH₄⁺浓度对酶活性的影响
• 3.3.7 小结
• 3.4 热效应对氢气浓度和光合细菌生长的影响
• 3.4.1 初始温度对氢气浓度的影响
• 3.4.2 光照强度对氢气浓度的影响
• 3.4.3 接种量对氢气浓度的影响
• 3.4.5 碳源对细菌生长的影响
• 3.4.6 葡萄糖浓度对细菌生长的的影响
• 4⁺浓度对细菌生长的影响'>3.4.7 NH₄⁺浓度对细菌生长的影响
• 3.4.8 小结
• 4 全文结论及建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• ABSTRACT