[發明專利]一種培養微藻生產氫氣的方法

有效

• 申請號: 201510367223.6
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN104962585B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 熊威;趙小紅;馬為民;徐旭榮;唐睿康
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 沈自軍

本發明提供了一種培養微藻生產氫氣的方法，首先構建微藻的聚集體，然后將微藻的聚集體重懸于培養基中，在光照條件下培養，生產氫氣。構建微藻的聚集體方法包括以下步驟：(1)將微藻細胞培養至對數生長期，且細胞密度不小于1.2×108cells/mL；(2)將帶氨基的陽離子聚電解質以0.5g/L～2g/L的量加入微藻細胞溶液中進行表面改性；(3)收集微藻細胞，與2～10mM硅酸溶液混合，攪拌至微藻的聚集體形成。應用此方法實現了微藻在自然有氧條件下的可持續光產氫，克服微藻產氫持續時間短、效率低等問題。

技術領域

本發明涉及生物工程與技術領域，具體涉及一種培養微藻生產氫氣的方法。

背景技術

氫氣長久以來一直被人們認為是一種理想的有前途的石化能源替代物，因為它燃燒產物是水，對環境友好，并且能量效率高。當前，氫氣的工業制備主要是來源于烴類化合物的蒸汽裂解和水的電解，但是這些氫氣的制備方式是能源成本很高并且不可持續。氫氣的綠色生產一直是一個挑戰。光生物產氫被認為是一種理想的可持續的產氫途徑。在自然界中，光合微生物，尤其是綠藻可以利用光合系統和氫酶將水光解為氫氣和氧氣(A.Hemschemeier,T.Happe.Alternative photosynthetic electron transportpathways during anaerobiosis in the green alga Chlamydomonas reinhardtii[J].Biochim.Biophys.Acta,2011,1807:919–926)。但是，這是一個短暫的過程，只發生在黑暗-光照交替的幾分鐘之內。因為與產氫密切相關的氫酶在氧氣的氛圍下會喪失催化功能。在黑暗的條件下，細胞呼吸創造厭氧環境激活氫酶，在黑暗進入光照的短暫時間內，光合系統II(PSII)產生的光合電子可以傳遞到氫酶上與氫質子結合生成氫氣。但是光合作用產生的氧氣又會使氫酶失活。因此，持續時間短和效率低限制了綠藻產氫的應用。

公開號為CN 104046651 A的專利文獻公開了一種提高微藻產氫效率的方法，該方法首先將產氫微藻細胞在培養基中培養至指數生長期；然后收集該藻體細胞，將其轉入包含有機物的微藻產氫培養基中，除氧、密封，在黑暗環境中繼續培養一定時間，所述的有機物包括葡萄糖、果糖、乙酸、丙酮酸、3-磷酸甘油酸、蘋果酸、氨基酸中的至少一種，以及前述每種有機物的鈉鹽、鉀鹽中的至少一種；最后將該微藻細胞重新置于光照環境中誘導其分解水生產氫氣。實驗證實，該發明通過向微藻產氫培養基中添加有機物能夠顯著提高微藻的產氫效率。但是該發明方法存在操作繁瑣的問題，比如產氫微藻的培養基為不含硫的培養基；需要通過惰性氣體吹掃、真空抽濾、超聲脫氣、膜分離等除氧手段制造缺氧的環境；需要在黑暗環境中培養24小時以上誘導氫酶表達等。

為了改進和提高綠藻的生產氫氣能力，篩選和尋找有耐氧氫酶的綠藻突變株，以及通過蛋白質工程和基因改造降低氫酶對氧氣的敏感性，是目前看來最有前景的兩條途徑。但是目前發現的有耐氧氫酶的綠藻是極少的，并且還沒有發現能夠在光下可持續產氫的，而通過蛋白質工程和基因改造的辦法前提是要解析氫酶的晶體結構，這本身就是一項極具挑戰性的工作，目前進展也是很緩慢。有人嘗試把某種光合細菌對應的氫酶基因導入到綠藻中，但效果并不明顯。目前，在綠藻光產氫研究領域最普遍的手段是通過缺硫培養的方法，為綠藻細胞制造缺氧環境，誘導氫酶表達，實現生產氫氣。但是這樣一種代謝處理會抑制光合系統II的活性，并終止生產氫氣(T.K.Antal,et al.The dependence of algalH2production on Photosystem II and O2consumption activities in sulfur-deprivedChlamydomonas reinhardtii cells[J].Biochim.Biophys.Acta,2003,1607:153–160)。迄今為止，還沒有實現綠藻在自然有氧條件下的可持續光產氫。

發明內容