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光合生物制氢过程中微生物菌群特性研究

作　者: 朱艳艳
导　师: 张全国
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 光合细菌混合菌群产氢生长曲线产氢底物
分类号: S182
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文是在国家863计划项目“生物制氢关键技术研究与示范”资助下完成的（项目编号：2012AA051502）。光合产氢微生物的自身生长过程与代谢机制作为光合生物制氢体系中的一项研究内容，直接影响制氢体系的能量消耗，产氢酶活性，产氢速率等多种因素，制约着光合生物制氢的工业化发展。论文以光合产氢微生物菌群为研究对象，分别采用单因子影响因素和正交实验方法，主要研究光合产氢微生物菌群在不同pH值、温度、接种量、光照强度等培养条件下的生长状况，分析了光合细菌各种培养条件下的生长特点并建立Logistic生长动力学模型模拟菌群生长曲线，并讨论了以不同浓度的葡萄糖为产氢基质的产氢条件下，光合细菌的生长和产氢特性，旨在为光合生物制氢微生物生长研究提供参考和理论依据。研究得出以下结论：（1）研究光合产氢菌群在不同的培养条件下的生长状况以及菌群的最优生长条件。结果表明：光合产氢微生物菌群的生长动力学模型可用Logistic方程来模拟，实验测得模型中最大比生长速率073h1max0.，光合细菌的实际生长过程曲线与Logistic模型下生长曲线的拟合度达到0.9813，说明模型能够较好地描述光合产氢菌群的生长情况；温度、接种量、光照度和pH等因素对PSB生长影响的主次关系为：pH值、光照度、接种量，其中pH值是最显著影响因素。（2）研究了以乙酸、丁酸，蛋白胨等小分子醇酸作为光合细菌的生长和产氢碳源，不同碳源及同一碳源在不同浓度下对菌体的生长和产氢特性都有一定影响，光合产氢菌群用乙酸作为产氢底物时，最佳添加浓度为3g/L。（3）在以（NH4）2SO4、NaNO3、谷氨酰胺、蛋白胨四种物质作为光合细菌产氢氮源的培养条件下，其中（NH4）2SO4在生长和产氢量的实验中，具有很大优势，是光合产氢中效果较好的氮源添加剂；在以不同浓度的（NH4）2SO4培养条件下，综合生长和产氢效果，（NH4）2SO4的最佳添加浓度为1g/L。（4）结合产氢过程中细胞的生长规律和产氢速率，分析产氢速率和混合菌群中各个菌种在不同时期所占的百分比的相关关系，得出结论：在产氢过程中产氢能力较强的优势菌种为深红红螺菌和沼泽红假单胞菌，荚膜红假单胞菌产氢能力居中，荚膜红细菌则为辅助产氢菌种，产氢贡献能力较差。

全文目录

致谢  4-7
摘要  7-8
第1章绪论  8-14
  1.1 研究背景  8
  1.2 生物制氢方法  8-11
    1.2.1 光解水制氢法  9-10
    1.2.2 厌氧细菌发酵制氢法  10
    1.2.3 光合细菌发酵制氢法  10-11
  1.3 光合细菌菌落特性的研究现状  11-12
    1.3.1 光合细菌的分类  11-12
    1.3.2 光合细菌的生理特征  12
  1.4 课题研究意义及主要内容  12-14
    1.4.1 课题的研究意义  12-13
    1.4.2 课题的主要内容  13-14
第2章材料与方法  14-18
  2.1 实验器材  14
  2.2 实验原料  14-15
    2.2.1 实验试剂  14-15
    2.2.2 实验菌种  15
  2.3 主要参数的测定方法  15-16
    2.3.1 光合细菌细胞生长的测定  15
    2.3.2 微生物计数  15
    2.3.3 氢气产量和含量的测定  15-16
    2.3.4 光照强度测定  16
  2.4 实验方法  16-18
    2.4.1 光合产氢菌群的生长特性  16
    2.4.2 光合细菌产氢过程中的生长实验  16-17
    2.4.3 光合细菌的产氢实验  17
    2.4.4 各个菌种在混合菌群的百分含量的实验方法  17-18
第3章光合产氢菌群生长特性研究  18-26
  3.1 生长曲线分析及生长动力学研究  18-21
    3.1.1 生长曲线分析  18-19
    3.1.2 生长动力学分析  19-21
  3.2 综合因素条件下菌群生长工艺的优化  21-25
    3.2.1 正交实验的目的和思路  21
    3.2.2 确定因素及各因素水平  21-22
    3.2.3 选择正交表  22
    3.2.4 实验结果与分析  22-25
  3.3 本章小结  25-26
第4章光合微生物菌群生长及产氢过程中影响因素研究  26-38
  4.1 光合产氢过程中碳源对混合菌群的生长和产氢量的影响  26-30
    4.1.1 不同碳源对产氢过程中光合细菌生长的影响  26-27
    4.1.2 不同乙酸浓度对产氢过程中光合细菌生长的影响  27-28
    4.1.3 不同碳源对光合细菌产氢的影响  28-29
    4.1.4 不同乙酸浓度对光合细菌产氢的影响  29-30
  4.2 光合产氢过程中氮源对混合菌群的生长和产氢量的影响  30-34
    4.2.1 不同氮源对产氢过程中光合细菌生长的影响  30-31
    4.2.2 不同铵盐浓度对产氢过程中光合细菌生长的影响  31-32
    4.2.3 不同氮源对光合细菌产氢的影响  32-33
    4.2.4 不同氮源浓度对光合细菌产氢的影响  33-34
  4.3 最佳产氢条件下不同产氢阶段微生物数量分析  34-36
  4.4 本章小结  36-38
第5章结论与建议  38-40
  5.1 结论  38-39
  5.2 建议  39-40
参考文献  40-44
ABSTRACT  44-45

光合生物制氢过程中微生物菌群特性研究

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