光合细菌产氢的初步研究

第21卷第4期云南环境科学2993年12月光合细菌产氢的初步研究赵琦琳(云南省环境监测中心站)1前言近年来,关于光合细菌(photosyntheticBaet亡ria简称PsB)的研究,在国外,已开展了大量和深入的工作,并取得了较大进展,光合细菌的研究,越来越成为热门课题。我国也开展了一些应用性研究。很多成果已投入了实际应用:在环境保护方面,作为高效的水处理方法之一的PSB法已投入工业化运转;在农业方面,喷施宝、PSB液肥、高效饲料等产品已得到广泛推广;在食品行业中,PSB可生产高营养、无毒的食品添加剂及染料,昂立1号药物口服液已在国内问市;在医药界,光合细菌的生理活性物质的防癌、抗癌,清除体内自由基的功效已日益受到重视;在能源利用方面:光合细菌的产氢研究已达到应用性的水平,氢能更是日益受到重视。亿工厚杆氢能`礁乞:作妙侧以高衬、无歇愁、飞饲才斗喝、誉翻;高蛋雌晶食品添加刘、萦寄苛:拓密药、:毒`。古崖、开寿衰色马含利界浑度如里由,李报成理缘-态利_用1,触世活污衣图1光合成细菌的综合利用光合细菌中的一些种类,能将有机物中这将是一个低成本、高效益的投资方向。日本的部份氢元素转化为氢气,同时将有机物降政府已将此设想立项并拨出巨款进行研究,解。如果将工业废水和生活污水作为这些细中科院已把此方面的研究立为二十一世纪的菌利用的碳源进行产氢,这个过程既利用太重点项目。阳能,产生HZ,为我们开发能源提供新的途2光合细菌产氢机理简述径,又是废水处理的一个高效方法,同时,剩光合细菌是地球上最早出现的一群具有余菌体还可用在农业、医药等方面,(见图1)光合系统的原核生物,是一类在厌氧条件下一一DOI:10.13623/j.cnki.hkdk.1993.04.00314第12卷第4期云南环境科学1993年12月进行不放氧光合作用的革兰氏阴性菌,由6科27属组成。2·1光照下氢气的产生光照下的产HZ主要是固氮酶(nitorge-nase)的作用,在有氮气存在的条件下,固氮酶的固氮反应以下式表示:NZ十6e一+6H+6ATP二坠垦NZH3十6ADP+6Pi其中,ATP由光合磷酸化提供;电子和质子(还原力)由有机物提供,有两条途径:1)三梭酶循环代谢合成了NAD(P)H;2)由电子逆流到NADH而产生还原力。合成的NAD(P)H通过铁氧化一还原蛋白酶而供给固氮酶,在无氮气的条件下,上述还原力通过以下反应生成H::Ze一+zH+ZATP龚塑堕已HZ+ZADP+ZPi(见图2)2·2黑暗条件下氢气的产生在黑暗条件下,菌体细胞基质代谢产生的丙酮酸、蚁酸、由蚁酸脱氢酶经蚁酸激酶、氢化激酶系的作用生成风和CO:(见图2)。、/`刽1{日:十C仇硝化酶丙酮亚铁氢一还蛋白番卫丝侄里鱼丙酮酸!{氢酶蚁酸脱氢酶~八pHZ丙酮酸蚁酸分解酶蚁酸雌·几C、士·卜琳C,t5,心仪庸-光照条件,黑暗条祥图2光合成细菌的氢代谢系统2·3吸氢作用3·1实验材料氢气生成后,菌体细胞内的氧化一还原3·1·1菌种电势的平衡发生变化,为了维持原有的平衡,Rhodopseudomonassphaeriode,:Rv、菌体酶系统发生转变,开始氧化氢气来维持S、DSM、ATCC4个菌株旧本生命工程研电势的平衡和提供能量,即以氢气为基质生究所提供)和BZI、B2、豆、4.14个菌株(华长,这是通过氢酶(hydrogenase)来氧化H:,东师大环科所提供);Rhodopseudomonas这个过程国外文献称为“吸氢”。CaPsulate:ATCC菌株(来源于日本)。一共93实验材料、方法与内容个菌株。第21卷第4期云南环境科学1993年12月3·1·2培养液(配方略)基础培养液(61种成份);日本菌株生长培养液(19种成份);中国菌株生长培养液(20种成份);化学碳源产氢培养液(19种成份);表1废水成份分析3·2·1·1预备实验:(l)生长曲线测定;(2)不同初期活性的产氢实验;(3)分别在不同纯碳源下的产氢实验;(4)不同光照下的产氢实验表2废水产氢培养液配方咬方法标准废水种类豆制品废水酒精厂废水还原糖mg/IGB5009·7一85<1<1庶糖mg/1GB0095·8一851,740<1淀粉。gl/GB5009·9一858,9506,750蛋白质mgl/GB5009·5一85740560CI一g/lGB5009·39一8526177、8TVAmg/l蒸馏滴定法49.4673扣(Dcr)吵乙国家环保局>5,0006,000`B〔〕D(s〕mg/l水和废水>5,00012,000监侧方法卜H3一Nmgz、5281豆制品玻巳水酒精废水废水取量ml60.012.06.060,012.060基础培养液10.010.010.010.010。0100取量ml紫外照射断0。150.150.150150。150.1