厭氧微生物體系中還原力的產(chǎn)生及其應(yīng)用.pdf

1、厭氧微生物體系利用有機(jī)質(zhì)為底物進(jìn)行代謝反應(yīng)，有機(jī)質(zhì)的氧化還原反應(yīng)是該體系中生化反應(yīng)的本質(zhì)。目前學(xué)者在厭氧條件下利用微生物產(chǎn)生的還原力進(jìn)行了一系列的研究，包括利用還原力還原降解某些污染物，產(chǎn)生新能源等。同時(shí)，在降解水體有機(jī)質(zhì)方面也做了大量的研究，研究表明厭氧微生物體系具有強(qiáng)大的處理能力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但對(duì)其作用機(jī)制缺乏深入的認(rèn)識(shí)。因此，本課題通過系統(tǒng)的科學(xué)研究，探索其反應(yīng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)規(guī)律，呈獻(xiàn)給研究人員一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果

2、如下:
　　1.利用三氧化鎢電致變色的特性進(jìn)行高通量篩選產(chǎn)電菌株，在24孔板中進(jìn)行產(chǎn)電微生物的篩選，能將電子導(dǎo)出體外的產(chǎn)電微生物可以使三氧化鎢由白色變?yōu)樗{(lán)色。在環(huán)境樣品巢湖底泥中篩選出27株產(chǎn)電微生物，大部分屬于氣單胞菌屬和希瓦氏菌屬。其中有一株乙酸氧化產(chǎn)電菌是兼性厭氧菌，對(duì)其產(chǎn)電性能和甲基橙還原脫色的性能進(jìn)行了考察，證實(shí)了其胞外電子傳遞能力。這種類型的菌株在自然環(huán)境體系尤其是好氧和厭氧體系的交界處有很重要的作用，本研究在電化學(xué)活

3、性細(xì)菌分布和代謝功能方面提供了一個(gè)全新視角。
　　2.研究了Caldicellulosiruptor saccharolyticus體系中葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)氫的過程，研究表明C.saccharolyticus葡萄糖發(fā)酵的主要產(chǎn)物和生成的先后順序?yàn)闅錃夂鸵宜崾紫瘸霈F(xiàn)，隨后是乙醇和乳酸，在不同的葡萄糖濃度1.0g/L、2.0 g/L、3.5g/L和7.5 g/L下，最大的光密度值(OD620)分別為0.35、0.48、0.53、0.55，發(fā)

4、現(xiàn)在不同的葡萄糖濃度下氫氣/乙酸都大于2，介于2和4之間。為了探索造成這一現(xiàn)象的原因，通過外界添加同位素標(biāo)記乙酸來追蹤乙酸去向確定原因。實(shí)驗(yàn)表明60％的同位素標(biāo)記乙酸轉(zhuǎn)移到胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為同位素標(biāo)記乙醇，體系中沒有產(chǎn)生明顯的同位素標(biāo)記二氧化碳，在對(duì)照組和放射性標(biāo)記組同時(shí)檢測(cè)到大約相同量的13CO2(0.1mmol)，說明C.saccharolyticus體系中沒有乙酸氧化現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)生物質(zhì)的增長(zhǎng)值反算回乙酰輔酶A，與乙酸測(cè)定值相加得到理論乙酸

5、產(chǎn)量，進(jìn)行H2/acetate比值的修正之后，原本大于2的比值修正后都是接近2的，進(jìn)一步證實(shí)了生物質(zhì)增長(zhǎng)是造成H2/acetate比值偏高的原因。
　　3.首次研究報(bào)道了C.saccharolyticus在葡萄糖發(fā)酵過程中對(duì)甲基橙的降解，并提出了降解機(jī)理。C.saccharolyticus在自身所產(chǎn)的溶解氫的作用下，可將甲基橙降解為DPD和4-ABA，C.saccharolyticus細(xì)胞在這個(gè)過程中起至關(guān)重要的作用，因?yàn)榧谆群?/p>

6、氫氣的化學(xué)反應(yīng)是極其微弱有限的，但是在細(xì)胞表面酶Ni-Fe氫化酶的催化作用下兩者可以快速反應(yīng)，從而完成甲基橙脫色。甲基橙降解速率和溶解氫的濃度呈正相關(guān)性，在高溶解氫條件下脫色速率可達(dá)6.65 mg/L/h或7.08mg/L/h，相反，在剛剛進(jìn)行氮?dú)獯祾吆蟮牡腿芙鈿錀l件下卻只有2.16 mg/L/h或0.88 mg/L/h。提出的脫色機(jī)理能很好的解釋添加甲基橙后還原產(chǎn)物乙醇產(chǎn)量的變化現(xiàn)象，這很可能是甲基橙對(duì)還原力的競(jìng)爭(zhēng)造成的，使得葡萄糖發(fā)

7、酵產(chǎn)物中還原產(chǎn)物產(chǎn)量降低。
　　4.在強(qiáng)高溫產(chǎn)氫菌株C.saccharolyticus體系中，葡萄糖發(fā)酵過程中原位產(chǎn)生的氫氣可以將Pd(Ⅱ)還原為Pd(0)，采用透射電子顯微鏡結(jié)合X射線探測(cè)器的檢測(cè)方法證實(shí)了這一科學(xué)猜測(cè)。零價(jià)鈀顆粒被用于甲基橙脫色和泛影酸鈉脫碘的催化反應(yīng)中，100 mg/L的甲基橙在有鈀添加的實(shí)驗(yàn)組中半小時(shí)內(nèi)即被降解完畢，而沒有鈀添加的實(shí)驗(yàn)組中完全降解則需要6小時(shí)之久。20 mg/L的泛影酸鈉在有鈀添加的實(shí)驗(yàn)組中

8、10分鐘即被降解完畢，沒有鈀添加的實(shí)驗(yàn)組幾乎沒有降解，說明零價(jià)鈀強(qiáng)化了降解效果。甲基橙的脫色是在氫氣、氫化酶和零價(jià)鈀顆粒共同作用下完成的，而泛影酸鈉的降解過程中氫化酶并沒有起到明顯作用，零價(jià)鈀顆粒是脫碘過程中起本質(zhì)作用的催化劑。更重要的是C.saccharolyticus菌體起到分散劑的作用，使形成的零價(jià)鈀顆粒分散均勻，顆粒成納米級(jí)，是一種綠色的分散體系，而且在此體系中形成的納米鈀顆粒相較于沒有分散劑形成的零價(jià)鈀顆粒具有更好地催化效果。