一种提高衣藻产氢量的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高衣藻产氢量的方法，将所述衣藻与固氮菌进行共培养，其中，共培养前，所述衣藻培养至饱和期，所述固氮菌培养至对数生长期。其中，所述固氮菌为圆褐固氮菌；所述衣藻为莱茵衣藻cc849(具有细胞壁类型)和莱茵衣藻cc124(细胞壁缺陷型)。本发明专利技术的方法能有效的提高衣藻的产氢量，相对于单独衣藻的产氢量，最高能提高16倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微生物领域，具体涉及一种提高衣藻产氢量的方法。
技术介绍
能源是人类生存与发展的物质基础，人类所用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石燃料。化石燃料是不可再生能源，其储量有限；化石燃料的燃烧产物CO2会造成温室效应，燃烧副产物氮氧化物、硫氧化物等既可导致空气污染。氢是比较好的能量载体，具有高效、无污染、适用范围广等显著优点。目前氢的制备主要包括化石原料制氢和电解水制氢两种途径，成本昂贵。前者需要消耗大量的石油、天然气和煤炭等宝贵的不可再生资源；后者则以消耗大量的电能为代价。生物制氢特别是微藻制氢是近年来制氢领域的研究热点。生物制氢包括发酵制氢和光合作用制氢。前者利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢，而后者则利用光合细菌或微藻直接转化太阳能为氢能，是目前国际上生物制氢领域的研究热点。因此，本领域技术人员需要开发一种微藻制氢的方法，尤其是提高衣藻产氢量的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种提高衣藻产氢量的方法。在一个具体的实施方式中，该方法将衣藻与固氮菌进行共培养，其中，共培养前，衣藻培养至饱和期，固氮菌培养至对数生长期。进一步地，固氮菌为圆褐固氮菌。进一步地，衣藻为莱茵衣藻cc849和/或莱茵衣藻cc124。进一步地，共培养时，衣藻的起始叶绿素浓度为0.5mg/L，固氮菌的起始浓度为OD600＝0.8-1.2，衣藻与所述固氮菌的体积比为1:40。进一步地，共培养为，将衣藻和固氮菌混合后，置于黑暗处培养22-26小时，然后在200μE·m-2·s-1光照下培养。优选地，衣藻为莱茵衣藻cc849时，莱茵衣藻cc849的起始叶绿素浓度为0.4-0.6mg/L，固氮菌的起始浓度为OD600＝0.8-1.2，衣藻与固氮菌的体积比为1:20；将所茵衣藻cc849和固氮菌混合后，置于黑暗处培养22-26小时，然后在60μE·m-2·s-1光照下培养。优选地，衣藻为莱茵衣藻cc124时，莱茵衣藻cc124的起始叶绿素浓度为0.5mg/L，固氮菌的起始浓度为OD600＝1，衣藻与所述固氮菌的体积比为1:80；将莱茵衣藻cc124和固氮菌混合后，置于黑暗处培养22-26小时，然后在200μE·m-2·s-1光照下培养。进一步地，衣藻的所述饱和期浓度为OD750＝2.8-3.2；固氮菌的所述对数生长期浓度为OD600＝0.8-1.2。进一步地，共培养使用缺硫TAP培养基。提高衣藻产氢效率是衣藻产氢应用的关键。衣藻产氢是体内的氢化酶催化的，但是氢化酶是氧气敏感的，在自然情况下，衣藻的产氢量极低，这是制约衣藻产氢的瓶颈问题。另外，衣藻产氢与其生物量也具有相关性。圆褐固氮菌属于厌氧性细菌，具有固氮作用，可以利用空气中的氮转化成氮肥，在缺氮培养基中可以产生氢气。圆褐固氮菌可以通过植物生长激素通过矿化作用促进植物的生长。固氮菌一般用于农业肥料的研究，衣藻一般用于光合作用及产氢作用研究，一个生活于土壤中，一个属于淡水藻类。本专利技术利用圆褐固氮菌消耗衣藻体系内的氧气达到降低氧气浓度的效果来提高氢化酶的活性，另外，将其与衣藻共培养达到提高衣藻生物量的效果，最终达到提高衣藻的氢气产量的作用。本专利技术采用了细胞壁缺陷型衣藻cc849及具细胞壁衣藻cc124分别与圆褐固氮菌按照不同的比例混合，在不同的光照条件下进行产氢培养，筛选出最优产氢条件，并检测共培养过程中衣藻和固氮菌的生长情况、在培养基中的分布情况、产氢和氧气消耗情况、氢化酶活性等，从生理生态学角度揭示衣藻与固氮菌共培养提高产氢效率的机理。通过实验发现固氮菌可以促进衣藻产氢，而且还发现共培养过程中固氮菌向衣藻聚集、促进培养体系内淀粉含量增加、彼此促进生长的新现象；通过设置对照组实验可知，衣藻与固氮菌共培养体系中对产氢的贡献是衣藻、而不是固氮菌。通过对培养体系中产氢量和耗氧量、氢化酶活性、一些代谢产物含量的动态检测，发现固氮菌使衣藻产氢量提高的原因不仅是加速诱导培养基内缺氧状态、提高氢化酶活性来提高的产氢效率，而且也通过促进衣藻的细胞数量和提高了系统内淀粉含量等生理和生长变化而提高了衣藻的产氢量。本专利技术在生理生态学及生化水平揭示固氮菌与衣藻共培养提高产氢量的原因机理，为实现固氮菌的应用和探索新的微藻光合生物制氢技术奠定理论和实验基础。本专利技术也表明固氮菌促进了衣藻的生长及氢气产量，两者存在着阶段性互惠共生关系，这进一步拓宽了固氮菌的共生对象范围，为充分利用可再生生物能源、解决经济效益与环境代价之间的矛盾提供了新思路。附图说明图1是本专利技术一个实施例中纯的氢气和氧气的气相色谱出峰时间图，左：氢气；右：氧气。图2是本专利技术一个实施例中纯的氢气和氧气的体积与气相色谱得到的峰面积之间的标准曲线，左：氢气的标准曲线；右：氧气的标准曲线。图3是本专利技术一个实施例中不同光照条件下衣藻cc849与不同比例的固氮菌混合培养后氢气的产量图。图4是本专利技术一个实施例中不同光照条件下衣藻cc124与不同比例的固氮菌混合培养后氢气的产量图。图5是本专利技术一个实施例中不同共培养体系中藻菌混合物产氢气含量测定。图6是本专利技术一个实施例中衣藻cc849单独或与固氮菌按照最佳产氢条件下的藻菌比例混合后在TAP培养基中的生长情况及叶绿素含量检测图。图7是本专利技术一个实施例中衣藻cc124单独或与固氮菌按照最佳产氢条件下的藻菌比例混合后在TAP培养基中的生长情况及叶绿素含量检测图。图8是本专利技术一个实施例中衣藻cc849单独或与固氮菌按照最佳产氢条件下的藻菌比例混合后在TAP-S培养基中的生长情况及叶绿素含量检测图。图9是本专利技术一个实施例中衣藻cc124单独或与固氮菌按照最佳产氢条件下的藻菌比例混合后在TAP-S培养基中的生长情况及叶绿素含量检测图。图10是本专利技术一个实施例中固氮菌与衣藻按照最佳产氢条件下的藻菌比例混合后在TAP培养基中的生长情况检测图。图11是本专利技术一个实施例中固氮菌与衣藻按照最佳产氢条件下的藻菌比例混合后在TAP-S培养基中的生长情况检测图。图12是本专利技术一个实施例中固氮菌与衣藻cc849共培养产氢时的形态变化及分布格局。图13是本专利技术一个实施例中固氮菌与衣藻cc124共培养产氢时的形态变化及分布格局。图14是本专利技术一个实施例中衣藻cc849单独或和固氮菌共培养产氢时体外及体内氢化酶的活性图。图15是本专利技术一个实施例中衣藻cc124单独或和固氮菌共培养产氢时体外及体内氢化酶的活性图。图16是本专利技术一个实施例中衣藻cc849和cc124单独或与固氮菌共培养产氢的淀粉含量变化图。图17是本专利技术的一个实施例中提高衣藻产氢量的基本思路。具体实施方式以下将结合实施例对本专利技术作进一步地说明，应理解这些实施例仅作为例证的目的，不用于限制本专利技术的保护范围。莱茵衣藻cc849、莱茵cc124购自美国衣藻中心；圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，编号：1.233。实施例中使用的材料，若无特殊说明，可以直接购买获得。高效气相色谱仪(Agilant7890)，购自安捷伦有限公司。莱茵衣藻的培养选取衣藻藻株cc849(细胞壁缺陷型)和cc124(具细胞壁)。衣藻的正常培养方法相同：选用Tris-Acetate-Phosphate培养基(简称为TAP，配方如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，将所述衣藻与固氮菌进行共培养，其中，共培养前，所述衣藻培养至饱和期，所述固氮菌培养至对数生长期。

【技术特征摘要】
1.一种提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，将所述衣藻与固氮菌进行共培养，其中，共培养前，所述衣藻培养至饱和期，所述固氮菌培养至对数生长期。2.如权利要求1所述的提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，所述固氮菌为圆褐固氮菌。3.如权利要求1所述的提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，所述衣藻为莱茵衣藻cc849和/或莱茵衣藻cc124。4.如权利要求1所述的提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，共培养时，所述衣藻的起始叶绿素浓度为0.5mg/L，所述固氮菌的起始浓度为OD600＝0.8-1.2，所述衣藻与所述固氮菌的体积比为1:40。5.如权利要求4所述的提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，所述共培养为，将所述衣藻和所述固氮菌混合后，置于黑暗处培养22-26小时，然后在200μE·m-2·s-1光照下培养。6.如权利要求3所述的提高衣藻产氢量的方法，其特征在于，所述衣藻为莱茵衣藻cc849时，所述莱茵衣藻cc849的起始叶绿素浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：许丽丽，程祥龙，李燕均，王全喜，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31