高效產(chǎn)氫腸桿菌的產(chǎn)氫代謝途徑的研究.pdf

1、氫能被認(rèn)為是未來最具開發(fā)潛力的可替代能源之一，暗發(fā)酵制氫因其產(chǎn)氫效率高、設(shè)備簡單、原料豐富等優(yōu)點(diǎn)，備受科學(xué)家的青睞。隨著社會的發(fā)展，由工業(yè)廢水和生活污水等淡水或高鹽有機(jī)廢水引起的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，將有機(jī)廢水處理與暗發(fā)酵制氫結(jié)合起來，不僅可大大降低廢水處理的成本，而且可產(chǎn)生清潔能源。因此，篩選可利用有機(jī)廢水產(chǎn)氫的菌株并對其產(chǎn)氫過程進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，是利用有機(jī)廢水暗發(fā)酵產(chǎn)氫技術(shù)應(yīng)用的首要問題。因此，本研究分別選取淡水和海水鹽度培養(yǎng)條件下高

2、效產(chǎn)氫菌株對其產(chǎn)氫代謝途徑進(jìn)行深入研究，以期為其作為工業(yè)菌株開發(fā)利用提供理論依據(jù)。
　　以淡水高效產(chǎn)氫菌陰溝腸桿菌C13為研究對象，分析其在不同產(chǎn)氫階段的產(chǎn)氫相關(guān)代謝途徑的差異。采用氣相色譜分析方法對陰溝腸桿菌產(chǎn)氫能力進(jìn)行分析，結(jié)果表明菌株C13的產(chǎn)氫量為707 ml· L-1，產(chǎn)氫期間氫氣含量為30％-35％，總產(chǎn)氫速率為70.7ml·h-1·L-1。采用LC-MS和HPLC方法對蛋白質(zhì)組和厭氧產(chǎn)物進(jìn)行分析，結(jié)果表明陰溝腸桿菌的

3、產(chǎn)氫代謝途徑為2，3-丁二醇途徑。Ni-依賴性氫酶可將NAD(P)H轉(zhuǎn)化為氫氣。采用GC-MS方法對菌株的代謝流進(jìn)行分析，結(jié)果表明磷酸戊糖途徑(HMP)沒有參與碳代謝或參與度較低，糖酵解途徑(EMP)是主要的碳代謝途徑，將葡萄糖分解為丙酮酸。
　　以在淡水和海水鹽度培養(yǎng)條件皆能高效產(chǎn)氫的成團(tuán)泛菌BH-18為研究對象，采用RT-PCR、蛋白質(zhì)組分析技術(shù)和代謝產(chǎn)物分析技術(shù)，分析轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平和代謝水平的差異。結(jié)果表明，淡水鹽度培養(yǎng)

4、條件下較海水鹽度培養(yǎng)條件下菌株BH-18的產(chǎn)氫能力高的主要原因是淡水鹽度條件下菌株的代謝速率是海水鹽度培養(yǎng)條件下約1.8倍。淡水鹽度培養(yǎng)條件下，EMP途徑為產(chǎn)氫提供ATP和NAD(P)H，HMP途徑因缺少葡萄糖-6-磷酸脫氫酶而受抑制;海水鹽度培養(yǎng)條件下，EMP途徑和HMP途徑是為產(chǎn)氫提供ATP和NAD(P)H的主要途徑。LC-MS和RT-PCR結(jié)果綜合分析，表明一系列tRNA連接酶的表達(dá)缺失是高鹽條件使得HMP途徑和產(chǎn)氫途徑相關(guān)酶基因