碳氮源对光合细菌混合菌群产氢性能的影响

碳源和氮源是产氢光合细菌生长发育过程中不可缺少的营养物质,与光合细菌菌株产氢能力相关。以从花园土壤中富集分离出来的光合细菌混合菌群为研究对象,在血清瓶中于30℃下采用厌氧培养方式间歇培养8天,分别考察不同的碳源、氮源、碳氮源组合及其浓度变化对光合细菌产氢行为的影响。结果表明,碳氮源种类对光合细菌产氢能力有显著影响,与氮源相比,碳源对产氢量的影响更为显著,最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为草酸铵。最佳碳氮源组合为葡萄糖和谷氨酸钠组合,葡萄糖和谷氨酸钠浓度分别为3g/L和1g/L时,产氢量和最大产氢速率分别达41.35mLH2/(L-培养基)和0.328mLH2/(L-培养基·h)。研究结果为进一步探索产氢光合细菌生长的营养生理奠定了基础,对大规模培养条件的优化提供了依据。     

颗粒型厌氧生物膜改善高氢分压下丙酸降解抑制研究

为了改善氢辅助型原位沼气提纯系统中高氢分压对丙酸降解的抑制, 考察了不同颗粒型厌氧生物膜(有无载体、导电和非导电载体) 培养初期和末期的丙酸降解性能;并通过微生物形态和群落分析,探讨了颗粒型生物膜丙酸降解机制.结果表明,导电碳毡厌氧生物膜和厌氧颗粒污泥能有效改善高氢分压下丙酸降解抑制问题.其最大丙酸降解速率分别达到2.2,1.2mmol/(L·h).碳毡厌氧生物膜可能主要通过产酸细菌(Thermovirga、Levilinea、Syntrophomonas属)和产甲烷古菌(Methanosaeta属)的电子直接传递(DIET)途径实现丙酸的降解;而厌氧颗粒污泥降解丙酸的途径可能主要依靠产酸细菌(Syntrophobacter属)与嗜氢型甲烷菌(Methanolinea 、Methanobacterium属)的共生营养代谢过程.     

耐砷菌Pseudomonas 2-23T的分离鉴定及其对高砷沉积物中砷释放的影响

为探知耐砷微生物对高砷沉积物中砷释放的影响,从石门高砷沉积物中分离得到菌株Pseudomonas 2-23T,根据其生理生化特征和16S rRNA序列同源性对其进行鉴定,并考察该菌株在不同碳源、温度和砷浓度条件下的生长状况,探究该菌株在有氧及厌氧条件下对高砷沉积物中砷释放的影响。结果表明:菌株2-23T是一株耐砷菌,属于γ-变形菌门中的假单胞菌,命名为Pseudomonas 2-23T;它的最适生长温度为30℃,在含1.0 mM砷的条件下比较利于细菌的生长;其能够利用乳酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、丙酮酸钠和乙酸钠作为碳源,而不能利用碳酸氢钠、甲酸钠、葡萄糖和蔗糖作为碳源;菌株Pseudomonas 2-23T在厌氧条件下促进高砷沉积物中砷释放的能力明显强于有氧条件。     

强化生物除磷过程中厌氧合成PHA代谢机制的最新研究进展

聚羟基链烷酸酯(PHA)是许多微生物在不平衡生长条件下合成的一类可作为细胞碳源和能源的物质。PHA代谢已被证明是影响生物脱氮除磷尤其是强化生物除磷功能的一个关键过程。本文综述了强化生物除磷系统中厌氧合成PHA代谢机制的最新研究进展。首先,重点介绍了聚磷菌和聚糖菌利用不同碳源厌氧合成PHA的代谢机制以及合成PHA的还原力和能量来源问题;然后对聚磷菌和聚糖菌合成PHA的代谢机理及其化学计量学进行了对比分析;最后,针对强化生物除磷机理和PHA厌氧代谢机制研究进展缓慢这一现状,指出了今后PHA还原力和能量产生机制的研究可能是完善强化生物除磷机理的关键点和突破口之一。     

甲烷丝菌混养促进螺旋藻自发酵产氢

采用只消耗乙酸盐而不消耗氢气的甲烷丝菌与螺旋藻混合培养,以提高螺旋藻利用自身多糖在自身氢酶作用下暗发酵产氢量.通过培养基调控提高了螺旋藻生长富集的总糖产量,当Na Cl浓度由239 mmol·L~(-1)增加到739 mmol·L~(-1),螺旋藻总糖产量提高了107.7%,达到0.54g·L~(-1).螺旋藻在黑暗厌氧条件下加入甲烷丝菌混养后的自发酵产氢量提高了33.8%,达到43.8 m L·g-1;液相主要代谢产物乙酸盐则提高了69.2%,达到1639.1μmol·g-1.同时,螺旋藻加入甲烷丝菌混养后自发酵过程的能量转换效率由6.7%提高到11.6%.甲烷丝菌通过消耗乙酸盐促进了螺旋藻自发酵产氢的乙酸途径反应正向进行,从而提高了氢气产量和能量转换效率.     

乙醇型发酵过程优化及代谢调控分子机制

乙醇型发酵是3种主要厌氧产酸发酵类型之一.乙醇型发酵细菌具有高产氢效率、耐酸性、自凝集生长和发酵产物可直接被产甲烷利用等优势,因此被广泛关注和研究.近年来,在乙醇型发酵产氢过程优化和代谢途径研究方面取得了大量进展.本文对乙醇型发酵产氢反应器优化和运行控制、高效产氢细菌分离和代谢调控分子机制,以及耦合系统强化能源回收等研究进展进行了综述.此外,本文提出了乙醇型发酵的可持续高效产氢及代谢产物的定向回收梯级利用的思路,探讨了乙醇型发酵制氢技术的发展趋势和未来应用中存在的问题.     

混合菌种在发酵法生物产氢中的协同作用

为探讨产氢发酵细菌混合培养时菌种间的协同作用,本研究在间歇试验条件下,分别考察以葡萄糖和复杂有机物(淀粉、牛肉膏、聚乙二醇乙二酸酯和胰蛋白胨)为底物时,5株HPB(B49、H1、LM12、LM11和B51)混合培养,高效HPB(B49)与3株非产氢发酵细菌(L10、拟3-2和芽孢1)分别混合培养,以及B49与活性污泥混合培养对产氢能力的影响.试验结果表明,混合菌种间协同作用发挥是有条件的.当利用葡萄糖发酵产氢时,菌种间对共同底物的竞争使其协同作用无法发挥,从而制约了高效产氢细菌(HPB)的产氢能力;而利用复杂有机物发酵产氯时,菌种间的协同作用得以发挥,并促进了高效HPB产氢能力的提高.同时提出,针对不同底物可以采用不同的培养方式.     

一株利用生物柴油废水产氢的光合菌的筛选、鉴定

从37株光合细菌中筛选出1株能够利用甘油做碳源进行有效产氢的菌株(DB803).根据该菌株的形态、生理生化特征、16S rDNA序列和ERIC-PCR结果分析,初步鉴定该菌株为类球红细菌(Rhodobacter sphaeroides).研究了该菌株在30℃, 4000lx光照厌氧条件下利用不同浓度的生物柴油废水产氢的能力,当培养基起始COD浓度为11.5g/L时,其在对数生长期平均产氢速度为38mL/(L·h),同时,废水COD去除率达91.2%.     

1株转座子插入突变菌株TB34的筛选及产氢分析

以分离自红树林污泥的厌氧发酵产氢细菌Pantoea agglomerans BH18为出发菌株,利用转座子Tn7构建突变体文库.通过卡那霉素抗性筛选与PCR扩增,鉴定转座子插入突变菌株.通过初筛和复筛,获得1株突变菌TB34,其产氢量较野生菌株明显提高.在初始pH为7.0和葡萄糖浓度10 g.L-1的海水培养条件下,产氢量(H2/葡萄糖)为(2.04±0.04)mol.mol-1,相比野生菌株产氢量提高43%.经过5次连续传代培养,突变菌株TB34表现出稳定的产氢特性.测定突变菌株TB34在不同碳源培养条件下的产氢量.结果表明,突变菌株TB34和野生菌株BH18都能利用蔗糖、葡萄糖和果糖发酵产氢.与野生菌株BH18不同,突变菌株TB34在以木糖为底物培养条件下仍能够发酵产氢,产氢量(H2/木糖)为(1.34±0.09)mol.mol-1,扩大了底物利用范围.     

中温和高温厌氧生物产氢反应器连续运行的研究

采用2个厌氧生物产氢反应器分别在中温(37℃)和高温(55℃)下连续运行.以河底沉积物接种,葡萄糖为基质,在CSTR中成功实现了连续中温厌氧产氢,最高产氢量达8.6L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/葡萄糖)为1.98.以厌氧产甲烷颗粒污泥接种,蔗糖为基质,在UASB反应器中成功实现了连续高温厌氧产氢过程,最高产氢量达6.8L/(L·d),基质产氢摩尔比(H₂/蔗糖)为3.6.在高温UASB反应器中培养获得了灰白色的产氢颗粒污泥,平均粒径为0.8～1.2mm,沉速为30～40m/h,电镜观察发现其表层生长大量杆状细菌.对2种产氢污泥的总DNA进行提取和纯化,通过PCR扩增和DGGE分析,发现高温和中温厌氧产氢污泥中的大部分真细菌种类相同,但各自的优势菌种明显不同.     

沼泽红假单胞菌phbC-hupL双突变株构建及产氢测定

利用湖底淤泥分离的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)CQU01和该菌株的吸氢酶基因hupL缺失菌株CQU012作为出发菌株,分别构建聚羟基丁酸酯合成酶基因phbC单突变株及聚羟基丁酸酯合成酶基因phbC与吸氢酶基因hupL双突变株,以提高其在光照培养条件下的产氢量.以同源重组双交换方法构建含有Em抗性基因的自杀载体,通过接合转移转化R. palustris CQU01菌株,经PCR扩增以及测序验证,成功获得了沼泽红假单胞菌phbC单突变株R. palustris CQU013及phbC-hupL双突变株R. palustris CQU014.相同条件下测定突变菌株与野生菌株的生长和产氢特性,结果显示,突变菌株生长曲线与野生菌株有明显差异,两株突变菌株的产氢量分别是原始菌株的1.31和1.76倍,达到454mL/L和604mL/L.双突变菌株产氢能力较phbC基因和hupL基因单突变菌株的产氢能力有明显提高,说明phbC和hupL基因对菌株R. palustris 的产氢代谢有着显著的影响.     

沼泽红假单胞菌累积聚β-羟基丁酸的研究

以沼泽红假单胞菌为材料,研究了不同培养条件下聚β-羟基丁酸(PHB)在微生物体内的累积情况,并用萃取、酯化及质谱联用(GC-MS)技术验证了菌体内累积的PHB。结果表明,在以醋酸钠为碳源、NH4+-N为氮源、中性pH的条件下,菌体内能够最大量的累积PHB,其累积量约为菌体(湿重)的50%。     

末端产物对乙醇型发酵菌群产氢能力及代谢进程的影响

利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在一定条件下驯化成功的乙醇型产氢发酵菌群,通过静态培养实验,以葡萄糖为碳源,利用缓冲液控制反应体系pH值,通过不同的pH值环境使产氢发酵菌群末端产物生成比例发生改变,考察了不同的末端产物生成比例对菌群产氢能力的影响.结果表明,在液相末端产物总量相当的情况下,乙醇生成比例高时氢气产量也较高.通过外加乙醇和乙酸进行静态产氢实验发现,乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显,同对照组相比,外加40 mmol/L时氢气产量仅下降了34%,而乙酸的存在对菌群的发酵产氢有较强的抑制,外加乙酸浓度为10 mmol/L时即对产氢发酵产生明显抑制,浓度为40 mmol/L时产氢量较对照组降低了84.3%,液相末端产物也大幅降低,混合菌群最终形成乙醇型发酵应是菌群自然选择的结果.     

末端产物对乙醇型发酵菌群产氢能力及代谢进程的影响

利用连续流搅拌槽式反应器(CSTR)在一定条件下驯化成功的乙醇型产氢发酵菌群,通过静态培养实验,以葡萄糖为碳源,利用缓冲液控制反应体系pH值,通过不同的pH值环境使产氢发酵菌群末端产物生成比例发生改变,考察了不同的末端产物生成比例对菌群产氢能力的影响.结果表明,在液相末端产物总量相当的情况下,乙醇生成比例高时氢气产量也较高.通过外加乙醇和乙酸进行静态产氢实验发现,乙醇对发酵产氢的抑制作用不明显,同对照组相比,外加40 mmol/L时氢气产量仅下降了34%,而乙酸的存在对菌群的发酵产氢有较强的抑制,外加乙酸浓度为10 mmol/L时即对产氢发酵产生明显抑制,浓度为40 mmol/L时产氢量较对照组降低了84.3%,液相末端产物也大幅降低,混合菌群最终形成乙醇型发酵应是菌群自然选择的结果.     

黄河水中细菌对18种酚的降解作用研究

为了掌握酚污染物在黄河水中的生物降解情况,采用苯酚为唯一碳源的液体培养基富集黄河水中的降酚微生物,并研究富集微生物对18种酚的降解作用.结果表明:黄河水中含有降解苯酚的微生物,该微生物属于细菌;降酚细菌对实验用的15种酚均有降解能力,其中对二元酚分解能力较强;但是,对4-氨基苯酚、2,4,6-三氯苯酚、五氯苯酚无分解能力;混合细菌的降酚能力可以代表黄河水体的降酚能力.     

非离子型表面活性剂强化混合菌降解间二甲苯的性能研究

从焦化废水厂的活性污泥中筛选间二甲苯混合降解菌,并研究非离子型表面活性剂吐温80(C_(64)H_(124)O_(26))对混合菌降解间二甲苯的强化作用.研究结果表明:驯化后的间二甲苯混合降解菌以产黄杆菌属(Rhodanobacter sp.)为主,占比41.2%;仅存在吐温80作为单一碳源时,高浓度的吐温80对混合降解菌没有明显的抑制作用;吐温80与间二甲苯共存时,当吐温80浓度为2 CMC,反应72 h后间二甲苯的降解率达到最高,为76%;提前12 h(较混合降解菌)投加浓度为2 CMC的吐温80,最利于菌种的生长繁殖及间二甲苯的降解.     

沼泽红假单胞菌高效产氢hupL缺失突变株的构建

利用湖底淤泥分离的沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)CQU01作为出发菌株,构建吸氢酶大亚基基因hupL缺失突变株,以提高光合细菌菌株的产氢效率.以PCR扩增的hupL两侧hupS 和 hupC基因为同源重组双交换臂,连入pMD18-T载体;再将hupS, hupC 和Kmr基因与经SalⅠ和HindⅢ双酶切的pSUP202,构建靶向自杀载体pBPZ.经接合转移转化R. palustris CQU01菌株,成功获得沼泽红假单胞菌吸氢酶活性缺失突变株R. palustris CQU012.测定突变株的吸氢酶活性及生长和产氢特性,结果表明,突变株的产氢量比野生菌株提高了约50%,而生长特性与野生菌株没有显著差异.R. palustris CQU012 吸氢酶缺失突变株可望为工业废水的生物治理提供高效产氢工程菌株.     

Achromobacter xylosoxidans NS12的分离和对硝基苯酚的降解

通过富集培养,从红树林底泥中分离出6株硝基苯酚降解菌,其中Achromobacter xylosoxidans NS12在好氧条件下可耐受小于1.8 mmol/L的邻硝基苯酚（ONP）或3.0 mmol/L的对硝基苯酚（PNP）,能以PNP和ONP作为唯一碳源、能源和氮源生长并将其完全矿化, 但该菌不能利用间硝基苯酚（MNP）作为唯一碳源和氮源生长.研究发现A. xylosoxidans NS12在降解PNP和ONP组成的混合底物时,PNP的存在可抑制ONP的降解,同时ONP的存在也抑制PNP的降解.此外,在利用PNP和ONP的混合底物时,NS12转化PNP的速率显著地高于转化ONP的速率.红树林底泥中固有的细菌对PNP和ONP具有高效降解作用.     

AFMBR处理生活污水的功能菌群特性研究

厌氧流化床膜生物反应器(AFMBR)作为一种低耗产能的高效厌氧反应器,在处理生活污水中有着巨大的潜力.本研究主要利用宏基因组测序技术对AFMBR系统内的微生物菌群进行探究,结果表明:与接种菌群相比,AFMBR经过一段时间的连续运行后,在属水平上古菌优势菌属由接种时的甲烷囊菌属变为甲烷八叠球菌属、甲烷杆菌属,细菌的整体菌属结构发生了较大变化;在种水平上,系统内不存在较明显的优势菌种.从相对丰度比例≥1%的菌种来看:水解发酵菌群产氢产乙酸菌群产甲烷菌群,但各菌群之间相对丰度的差距较小.从基因水平来看,系统内与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢相关的基因丰度较高,二氧化碳、乙酸转化为甲烷是系统产甲烷的主要途径.     

C/N比对嗜酸细菌X-29产氢能力及其酶活性的影响

C/N比影响细菌的物质和能量代谢,为了提高产氢细菌的产氢效能,通过间歇产氢实验和酶活性分析方法,分析了在不同C/N比下嗜酸产氢细菌X-29的产氢能力以及氢化酶和乙醇脱氢酶的活性表达情况.研究结果表明,C/N比对产氢细菌的代谢及其相关酶的表达有显著的影响.虽然在不同C/N比下单位生物量的液相末端发酵产物差异不大,但是产氢能力存在显著的差异,当C/N比为14时产氢细菌X-29具有最大累积产氢量2 210.9mL/g.在不同C/N比下氢化酶的表达活性不同,氢化酶活性随着发酵的进行达到高峰后迅速降低,氢化酶的表达周期较短.乙醇脱氢酶活性随着代谢进程逐渐升高后而趋于平稳,不同C/N比时表达活性差异较小,表达周期较长.在C/N比为14时,氢化酶和乙醇脱氢酶的活性最高,分别为2.8μmol·(min·mg)^-1和33.2μmol·(min·mg)^-1.