焦亚硫酸钠在自然条件下提高微藻光合制氢的功能机理研究

发布时间：2017-10-08 18:24

  本文关键词：焦亚硫酸钠在自然条件下提高微藻光合制氢的功能机理研究

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【摘要】：氢气的单位质量中含有最多的卡路里,并且它燃烧后无二次排放污染。众所周知,自然条件下的微藻光合产氢是一种最理想的制氢模式。然而,由于氢化酶对氧气极其敏感,因此一直制约着这种制氢模式的发展。为了去除这一限制因子,人们尝试了各种谋略来完善这一制氢模式,例如基因工程、营养缺陷和改进培养方式,但是收效均甚微。另外,由于这些方法都操作在密闭的条件下实现,因此也限制了微藻光合制氢的工业生产。本论文试图寻找一种有效的方法来去除氧气这一制约氢化酶活性的因子,从而促进微藻细胞在自然条件下的光合制氢,并揭示其相关的功能机理。主要研究结果简述如下:1)在自然条件下,焦亚硫酸钠(3m M)处理能够提高莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardti)制氢效率约100倍。2)焦亚硫酸钠处理能够在高光条件下迅速降低细胞内氧气水平,但光合电子传递抑制剂DCMU和超氧化物歧化酶(SOD)则能够阻制这一降低。由于高光条件能够诱导大量超氧阴离子的生产,但DCMU能够阻断超氧阴离子的生成和SOD能够消除超氧阴离子。因此,在高光条件下,焦亚硫酸钠处理能够与光系统I受体侧的超氧阴离子发生反应,降低细胞内氧气含量,进而激活氢化酶活性,实现持续、高效地光合制氢。3)除莱茵衣藻外,焦亚硫酸钠处理提高光合制氢也同样适用于小球藻(Chlorella pyrenoidosa),鱼腥藻(Anabaena sp.strain PCC 7120),集胞藻(Synechocystis sp.strain PCC 6803)。因此,在自然条件下焦亚硫酸钠处理能够广泛提高微藻的光合制氢。综上所述,我们的研究结果发现:在自然条件下,焦亚硫酸钠能够通过与超氧阴离子发生反应,降低细胞内氧气含量,从而激活氢化酶,提高微藻光合制氢。因此,通过焦亚硫酸钠消除抑制产氢的氧气,我们实现了微藻细胞在自然条件下的光合制氢,这是光合制氢历史上的一个重大突破。
【关键词】：焦亚硫酸钠 莱茵衣藻 自然条件 光合制氢
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ116.2;Q949.2
【目录】：

• 缩写9-10
• 摘要10-12
• Abstract12-14
• 第一部分 文献综述14-27
• 第一章 微藻光合制氢的研究进展15-27
• 1 概述16-18
• 2 种类18-21
• 2.1 直接类型18-20
• 2.2 间接类型20-21
• 3 限制因子21-22
• 4 制氢策略22-25
• 4.1 氢化酶耐氧性改造22
• 4.2 营养缺陷调控22-23
• 4.3 藻细胞固定法23
• 4.4 亚硫酸氢钠处理法23-24
• 4.5 细胞聚集法24-25
• 5 本论文研究的内容及意义25-27
• 5.1 内容25-26
• 5.2 意义26-27
• 第二部分 实验27-51
• 第二章 焦亚硫酸钠处理提高了莱茵衣藻光合制氢效率28-40
• 1 引言29
• 2 材料与方法29-34
• 2.1 藻细胞培养29-31
• 2.2 焦亚硫酸钠处理31-32
• 2.3 光密度测定32
• 2.4 叶绿素含量测定32
• 2.5 氢气测定32-34
• 3 结果与讨论34-39
• 3.1 在自然条件下筛选提高莱茵衣藻光合制氢的硫氧化合物34-35
• 3.2 不同浓度Na_2S_2O_5影响了莱茵衣藻的光合制氢效率35-36
• 3.3 最适Na_2S_2O_5浓度处理显著提高莱茵衣藻的光合制氢效率36
• 3.4 在Na_2S_2O_5处理背景下，，电子传递影响了莱茵衣藻的光合制氢36-38
• 3.5 Na_2S_2O_5处理法适用于多种微藻的光合制氢38-39
• 4 结论39-40
• 第三章 焦亚硫酸钠处理提高微藻光合制氢的功能机理40-51
• 1 引言41
• 2 材料与方法41-46
• 2.1 藻细胞培养41-42
• 2.2 焦亚硫酸钠处理42-43
• 2.3 光密度测定43
• 2.4 叶绿素含量测定43
• 2.5 氧气分析43-44
• 2.5.1 气相43-44
• 2.5.2 氧电极44
• 2.6 酶活测定44-46
• 3 结果与讨论46-49
• 3.1 Na_2S_2O_5处理降低了莱茵衣藻的氧气水平46-47
• 3.2 Na_2S_2O_5处理提高了莱茵衣藻氢化酶的活性47-48
• 3.3 Na_2S_2O_5处理促进了莱茵衣藻在自然条件下的光合制氢效率48-49
• 4 结论49-50
• 5 展望50-51
• 参考文献51-60
• 致谢60-61

本文编号：995577