高效产氢肠杆菌的产氢代谢途径的研究

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:kang543
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氢能被认为是未来最具开发潜力的可替代能源之一,暗发酵制氢因其产氢效率高、设备简单、原料丰富等优点,备受科学家的青睐。随着社会的发展,由工业废水和生活污水等淡水或高盐有机废水引起的环境问题日益严重,将有机废水处理与暗发酵制氢结合起来,不仅可大大降低废水处理的成本,而且可产生清洁能源。因此,筛选可利用有机废水产氢的菌株并对其产氢过程进行系统深入的研究,是利用有机废水暗发酵产氢技术应用的首要问题。因此,本研究分别选取淡水和海水盐度培养条件下高效产氢菌株对其产氢代谢途径进行深入研究,以期为其作为工业菌株开发利用提供理论依据。  以淡水高效产氢菌阴沟肠杆菌C13为研究对象,分析其在不同产氢阶段的产氢相关代谢途径的差异。采用气相色谱分析方法对阴沟肠杆菌产氢能力进行分析,结果表明菌株C13的产氢量为707 ml· L-1,产氢期间氢气含量为30%-35%,总产氢速率为70.7ml·h-1·L-1。采用LC-MS和HPLC方法对蛋白质组和厌氧产物进行分析,结果表明阴沟肠杆菌的产氢代谢途径为2,3-丁二醇途径。Ni-依赖性氢酶可将NAD(P)H转化为氢气。采用GC-MS方法对菌株的代谢流进行分析,结果表明磷酸戊糖途径(HMP)没有参与碳代谢或参与度较低,糖酵解途径(EMP)是主要的碳代谢途径,将葡萄糖分解为丙酮酸。  以在淡水和海水盐度培养条件皆能高效产氢的成团泛菌BH-18为研究对象,采用RT-PCR、蛋白质组分析技术和代谢产物分析技术,分析转录水平、翻译水平和代谢水平的差异。结果表明,淡水盐度培养条件下较海水盐度培养条件下菌株BH-18的产氢能力高的主要原因是淡水盐度条件下菌株的代谢速率是海水盐度培养条件下约1.8倍。淡水盐度培养条件下,EMP途径为产氢提供ATP和NAD(P)H,HMP途径因缺少葡萄糖-6-磷酸脱氢酶而受抑制;海水盐度培养条件下,EMP途径和HMP途径是为产氢提供ATP和NAD(P)H的主要途径。LC-MS和RT-PCR结果综合分析,表明一系列tRNA连接酶的表达缺失是高盐条件使得HMP途径和产氢途径相关酶基因的翻译水平降低,但是对EMP途径相关酶基因的转录和翻译没有影响。
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