光合细菌光合产氢的研究进展

光合细菌 (Photosyntheticbacteria ,PSB)光合产氢的研究是国内外普遍关注的热点问题。就PSB光合产氢的机理、条件及光合细菌生态应用等方面进行综述 ,并着重论述了光合细菌产氢过程中两种主要的酶—固氮酶和氢酶以及影响酶活性的因素。     

光合细菌产氢研究进展

光合细菌能利用有机废水(废弃物)转化太阳能产生氢能,故应作为环保产业新能源开发的一个重要研究方向。       

光合细菌产氢因子的研究进展

光合细菌在固氮的同时释放氢气。产氢与固氮是同步进行的。固氮酶与氢酶共同影响光合细菌的产氢活性,而外源生理条件又影响着固氮酶与氢酶的活性,其中有机碳阻抑吸氢酶表达,促进产氢;氨则抑制固氮活性而降低产氢量;氧气的存在使固氮酶与氢酶都失活,从而抑制放氢反应的进行。     

光合细菌产氢条件的研究

从被有机物污染的土壤及水域中分离得到13株属于红螺菌科的光合细菌,对其在苹果酸、乳酸、葡萄糖、乙酸、丙酸及丁酸中的光致产氢现象进行了研究。最高产氢量为39.8ml·20ml菌液~(-1)·48h~(-1),产氢活性为7.8ml·g生物量~(-1)·h~(-1)”。底物对不同菌株的产氢量与产氢活性均具有影响,pH对产氢过程也有明显的作用,大于6000lx的光强度对提高产氢活性已无明显作用。固定化细胞在静态培养条件下也能提高产氢能力,但延长产氢时间的作用不明显。     

固定化光合细菌利用有机物产氢的研究

应用固定化细胞技术包埋荚膜红假单胞菌(Rhodopseudomonas capsulata)菌株386．研究在光照下利用有机物产氢的特性。实验观察到,光照培养120小时,悬浮培养物的产氢量为68．2ml·比产氢速率为104．1ml H2/g(生物量)·h;用琼脂包埋后．其产氢能力得到改善,产氢量和比产氢速率分别达到128．4ml和l 9s．8mlH2/g·h。该菌株除可利用苹果酸外,还可利用葡萄糖、乳酸、丙酸等基质高效地产氢。基质浓度只有控制在适当水平时,才具有较高的基质转化产氢效率。此外．菌体生物量、菌龄、培养液pH、光照强度、光照／黑暗时间比以及温度对产氢过程均有不同程度的影响。     

不产氧光合细菌Rhodobacter sphaeroides产氢影响因子研究

对不产氧光合细菌球形红细菌Rhodobacter sphaeroides产氢的影响因子进行了初步研究。结果表明,处于不同生长期的球形红细菌接种后的产氢速率略有差异,稳定期的菌株的产氢能力相对较低。苹果酸钠、乳酸钠、丙酮酸钠和葡萄糖都是球形红细菌产氢的良好碳源,这表明球形红细菌具有利用食品工业等高浓度废水为底物产氢的可能性。以葡萄糖和谷氨酸钠为C源和N源产氢时,适宜的葡萄糖浓度在25~50mmol/L之间,谷氨酸钠浓度在2~10mmol/L之间。球形红细菌产氢的适宜pH值在7.0~8.0范围内,酸性环境明显不利于该菌的催化放氢,适宜的温度在30~35℃范围内。光照强度在5000~7000lx之间适合于产氢。球形红细菌的固氮酶活性和放氢活性之间呈正相关性。吸氢酶虽然可在无固氮酶和无放氢活性的状态下独立表达,但多数情况下仍受氢气浓度的调节。以氮气为氮源时,固氮酶活性和放氢活性较低,铵的浓度高于0.5mmol/L时,固氮酶活性完全受到抑制,进而抑制产氢。     

光合细菌Rhodopseudomonas产氢的影响因子实验研究

利用光合细菌Rhodopseudomonas 8株菌株研究初期活性、光照强度、C源种类、菌株差异对生物产氢的影响表明 ,不同菌株的C源利用性有较大差异 ,但对乳酸钠都有很好的利用性 .细菌的初期活性对产氢有一定程度的影响 ,稳定生长期的细菌比对数生长期的细菌产氢活性略高 .光照强度对产氢活性的影响明显 ,在光饱和度以下 ,光照强度大则产氢速率高 .不同菌种的产氢性能有效大差异 ,从上海地区有机污染环境中分离到的RhodopseudomonasB2 1 菌株在以乳酸钠 ( 50mmol·L- 1 )为C源、谷氨酸钠 ( 1 0mol·L- 1 )为N源 ,60 0 0Lx光照、30℃下 ,最大产氢速率达到 1 4.7ml·h- 1 ·g- 1 细胞干重 .     

光合菌群发酵玉米秸秆水解液产氢

以玉米秸秆水解液作为产氢底物,研究光合菌群产氢性能。考察了硫酸浓度、固液比、水解时间、水解温度等秸秆水解条件对产氢的影响,确定了最佳水解条件,并对不同脱毒方法进行了对比研究。结果表明,最佳的水解条件为硫酸浓度1%,固液比1:12,水解时间0.5 h,水解温度为110°C。采用Ca(OH)2脱毒方法的产氢效果要优于其他2种脱毒方法;NH4+在一定浓度范围内对该光合菌群产氢有促进作用。     

固定化技术在促进光合细菌产氢中的应用

氢气是一种新型的清洁高效能源,制氢技术的创新是目前研究的热点。将新型的技术及材料应用到生物制氢工艺中,从而促进生物制氢技术的产氢效率和工程应用是研究的重点之一。该文阐述了光合细菌在固定化生长条件下发酵产氢的最新研究进展,从固定化技术的原理、固定化方法的应用进展及影响因素几个方面进行了综述,详细阐述了包括包埋、悬浮载体附着生长及固定生物膜法等几种固定化方法对光发酵产氢的作用,介绍了国内外用于固定化的新型材料,并对今后的研究重点及方向进行了展望。     

产氢紫色非硫光合细菌的分离与筛选

从不同来源的样品中分离到5株紫色非硫光合细菌,从中筛选出2株产氢量较高的菌株——菌株D和菌株H。对其产氢动力学研究表明,在含有20mmol/L谷氨酸钠和50mmol/L D,L-苹果酸培养基中,两株菌可连续稳定产氢5—8d,其产氢速率分别为10.18和20.61μ/h·mg细胞干重。     

光合细菌与产气肠杆菌协同产氢特性分析

对光合细菌(Rhodopseudomonas sp. DT)与产气肠杆菌(Enterobacter aerogenes)进行了发酵产氢试验, 考察了不同起始接种比例、培养温度及碳源条件下混合菌协同产氢特性。结果表明: 光合细菌与产气肠杆菌初始接种比例对协同产氢影响较大, 初始接种比例为1:1最有利于协同产氢, 产氢效率和产氢周期达到了3.1 mol H2/mol葡萄糖及81 h。进一步培养液pH动力学变化研究发现初始接种比例为1:1的混合菌培养液pH变化较小, 为pH 6~7, 利于混合菌协同产氢。28°     

固定化光合细菌产氢过程的基质利用动力学

研究了固定化荚膜红假单胞菌386、红假单胞菌D两菌株产氢过程基质利用的动力学特性。基质利用与产氢过程以不同的速率进行．琼脂包埋固定化细胞的产氢能力高于海藻酸钙固定化细胞,但最大产氢活性的进程迟于后者。固定化D菌株利用葡萄糖的动力学遵循一级反应,其反应常数K值为1．2×10　2h-1。宏观动力学分析表明,利用基质的产氢过程属于反应控制,扩散传质过程不构成控速步骤。386和D两个菌株固定化细胞生物反应器连续产氢系统,在以乳酸作基质时．平均产氢量分别可达到0．659L／d和0．457L／d,容积(液相)产氢率接近1．OL／L·d。     

正交实验优选光合细菌混合菌群产氢的最佳条件

对光合细菌混合菌群产氢影响因子进行了实验研究。通过单因素实验和正交实验, 系统考察了碳源、氮源、碳源浓度、氮源浓度、初始pH值、光照方式、接种量等因素对产氢量的影响, 实验得出最佳工艺条件为: 采用3号菌群, 碳源为葡萄糖, 碳源浓度为3 g/L, 氮源为尿素, 氮源浓度为9 g/L, 接种量为10%, pH值为8.5, 光照方式为12 h光照-12 h黑暗交替光照, 培养温度为30°C。菌种、碳源、碳源浓度、氮源是影响产氢量的重要因素。     

光合放氢与氢气能源

光合作用所吸收的日光能,首先贮存于ATP和NADPH_2两种称为同化力之中,然后除了用于CO_2还原外,在某些光合生物中还可用于还原H_2O或有机物分子中,并以分子态氢的形式释放出来,后者就是某些植物(主要是藻类)和细菌的光合放氢作用。现在已知,几乎所有的光合细菌都可以放氢,50%以上的藻类在一定条件下也可以放氢。如蓝绿藻既能进行光合固氮,又能进行光合放氢。这不仅说明了光     

深红红螺菌吸氢酶缺失突变株在管式光合反应器中的产氢

本研究设计了一种2 L分体式管式光合反应器, 并研究了深红红螺菌(Rhodospirillum rubrum)吸氢酶缺失突变株在该反应器中分别利用人工光源(持续光照与光暗交替)和自然光的产氢规律。结果表明在人工光照条件下R. rubrum的产氢可维持5 d, 持续光照和光暗交替条件下(12 h: 12 h)的氢产量可分别达到5752 mL/PBR ± 158 mL/PBR和5012 mL/PBR ± 202 mL/PBR; 自然光条件下, 最适产氢光照强度为30000 Lux~40000 Lux; 在此光照条件下, R. rubrum产氢可维持6 d~ 10 d, 最高氢产量可达到2800 mL/PBR。尽管利用自然光的氢产量比利用人工光源氢产量低, 但是利用自然光的产氢比较经济, 并且该光合产氢系统操作简单, 该工艺有望开发为低成本的光合细菌产氢技术。     

铁和镍对光合细菌生长和产氢的影响

基于金属元素在生物体功能发挥中的作用以及它们参与光合细菌光合放氢的重要性,着重进行了铁和镍对沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）Z菌株和一株红杆菌（Rhodobactersp.）细胞生长、光合放氢和光合色素合成影响的研究。结果表明,高浓度Fe3+可显著提高两菌株光放氢能力和生物合成能力,最适浓度的Fe3+可使其产氢能力分别达对照组的1.32倍和2.8倍,产氢得率分别为360.6mL/g和385.9 mL/g,生物量分别为对照组的1.42倍和1.54倍。9μmol/L Ni2+的添加可使两菌株产氢能力分别达对照组的1.48倍和1.96倍,产氢得率分别为429.7mL/g和456.3 mL/g。而当Ni2+浓度为12μmol/L时,两菌株的产氢活性受到不同程度的抑制,产氢得率分别降低46.7%和19.4%。在铁浓度相同时,添加6μmol/L Ni2+能明显促进两菌株的生长。而当Ni2+浓度大于6μmol/L时,细胞生长受到抑制。Fe3+和Ni2+对Rhodobactersp.菌株类胡萝卜色素有显著影响。研究结果显示, 426nm色素峰随铁浓度的增加和镍的添加而消失,同时,产氢活性提高。     

细菌的光合器与光合色素

大部分细菌无叶绿素,不能进行光合作用,但也有相当一部分细菌能够利用光作为能源、利用CO2作为碳源、以无机物作为供红体还原CO2合成生活所需的有机物质,这些细菌称之为光合细菌。光合细菌又根据它们在光合作用过程中的供氢体是无机物还是有机物而分为两类光合营养型。以无机物为供氢体的光合细菌称为光能自养型;以有机物为供氢体的光合细菌称为光合异养型。属于光能自养型的细菌例如绿硫细菌,其光合作用过程同高等绿色植物的光合作用过程相似,所不同的是高等绿色植物光合作用是以水作为CO。的还原剂,同时放出O。;而在绿硫细菌光…     

蓝藻的光合器与光合色素

蓝藻是地球上一类非常古老的生物,距今已有2．5XIc’a以上的历史。它们也是地球上最早以水和CO。为原料进行光合作用,合成有机物并释放（）z的生物。那么,蓝藻光合器的结构和化学组成是怎样的？它们是如何进行光合作用的？正蓝藻光合器的结构蓝藻细胞的结构和细菌非常相似,它们都属于原核生物,无核膜,也无叶绿体。在光学显微镜下,可观察到蓝藻细胞的原生质内有无色的中心质（entr。…。sin）和着色的色素质t仇。－mafoplastn）部分,其中色素质因含有色素能进行光合作用。在电镜下能够观察到色素质中有许多囊状的扁平结构,被称为…     

初始底物浓度对序批式培养光合细菌产氢动力学影响

实验研究了初始底物浓度对序批式培养光合细菌生长、降解及产氢过程的影响,根据最大比生长速率实验数据拟合得到其关于初始底物浓度影响的关联式,并在建立的修正Monod模型基础上建立了光合细菌比生长速率、基质比消耗速率和比产氢速率关于底物初始浓度影响的数学模型,模型预测值与实验结果在光合细菌生长期和稳定期内得到较好吻合,反映了光合细菌生长、降解和产氢过程中受底物初始浓度限制性和抑制性影响的基本规律。分析发现光合细菌生长、降解基质和产氢过程中最适底物浓度为50 mmol/L,初始底物浓度低于或高于该浓度时,光合细菌生长、降解及产氢过程都受到限制性或抑制性影响,且抑制性影响较限制性影响效果更明显;底物比消耗速率受初始底物浓度影响较小。