光合细菌在生物产氢技术中的应用及菌种改造-em菌种.PPT

* 光合细菌在生物产氢技术中的应用及菌种改造 周 志 华 中科院上海生科院植生生态所 合成生物学重点实验室 报告内容 光合细菌的特性 光合细菌产氢原理与优势 产氢光合细菌的筛选 光合细菌与暗发酵产氢的互补性 光合细菌利用不同底物的产氢效率 产氢光合细菌的遗传改造 光合细菌的类型 紫细菌红螺菌亚目 光合细菌 绿细菌绿菌亚目 蓝细菌 紫色非硫细菌红螺菌科 紫色硫细菌着色菌科 绿色硫细菌 多细胞丝状绿细菌 光合细菌的共性 同时进行光合作用和固氮作用 不放氧光合作用 循环光合磷酸化 紫细菌和绿细菌的共性 紫细菌的五种生长方式 生长方式 光合自养 光合异养 化能自养 化能异养 厌氧发酵 碳源 CO2 有机物 CO2 有机物 有机物 能源来源 光合磷酸化 光合磷酸化 硫化物或氢 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 需氧状况 厌氧 厌氧 好氧 好氧 厌氧 美国能源部未来制氢技术的重点发展方向： 模拟或利用生物产氢途径 氢气是最清洁能源、能量密度高、适合分布型供能，将是未来理想的终端能源载体 生物制氢技术的意义 紫细菌产氢-光发酵产氢原理 有机底物 H＋(膜外) TCA循环 H＋和电子 H2 ATP 电子 H＋ CO2 光能 吸氢 酶 光合中心 ATP酶 H2 H＋ 固氮酶 生物合成与菌体生长 2Ｈ++2e+4ATP Ｈ2+4ADP 固氮酶 acetate + 2H2O → 2CO2+ 4H2 butyrate + 6H2O→ 4CO2 +10H2 glucose + 6H2O→ 4CO2 +10H2 底物的全程利用 高转化效率; 无副产物产生; 处理废水; 氢气浓度高; 利用太阳光; 光发酵产氢的优势 光合细菌高效产氢菌株的筛选 菌株号 产气量(mL/L) 菌株号 产气量(mL/L) Rs601 363±34 HL804 1147±29 RsZX-5 98±17 HL805 1186±95 HL801 382±29 HL806 58±0 DB801 941±51 HL807 58±0 DB802 902±17 NL805 402±61 DB803 1412±59 NL806 441±0 NL801 402±17 NL807 716±45 NL802 363±45 NL808 549±45 NL803 422±61 SC801 39±34 NL804 294±51 SC802 676±29 TX801 961±34 SC803 627±45 TX802 1000±29 SC804 765±29 TX803 1029±29 SC805 578±45 TX804 716±17 SC806 422±90 DB804 1265±29 TX805 1461±45 DB805 853±29 TX806 1490±34 DB806 990±17 TX807 431±17 利用生物柴油生产废水产氢菌株的筛选 菌株ZX-5利用不同底物的产氢效率 1.54 1.98 2.35. 2.25 2.82 1.30 2.19 2.39 2.57 1.15 1.79 1.89 2.25 0.31 51.28 60.80 78.73 42.30 23.68 56.47 16.00 11.05 0 62.08 52.48 49.35 39.74 0 80±7 95±5 123±2 66±5 37±5 72±2 25±1 17±2 0±0 97±2 82±3 77±2 62±1 0 3.5 5.0 7.0 10.0 15.0 2.0 3.5 5.0 7.0 2.0 3.5 5.0 10.0 0 L-Glutamate (NH4)2SO4 Ethanolamine Control OD (660nm) conversion efficiency of substrate (%) Total H2 (ml/35mL) Different Concentration (mM) Different Nitrogen Source 菌株ZX-5利用不同氮源的产氢效率 C6H12O6→C3H7COOH+2H2+2CO2 + C6H12O6+ 6H2O→ 12H2+ 6CO2 C3H7COOH+6H2O → 10H2+4CO2 暗发酵细菌 光发酵细菌 暗发酵产氢与光发酵产氢的互补性 暗发酵产氢 光发酵产氢 氢酶 固氮酶 厌氧发酵菌 A process of sequential dark-and photo-fermentation After dark-fermentation After photo-fermentation The concentration of volatile acids in fermentation efflu