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生物制氢主要包括暗发酵产氢、光发酵产氢和光解水产氢三种类型。与其它两种制氢方法相比，暗发酵产氢速度快、不需要光照、能以多种碳源为底物，可作为一种优先发展的生物制氢方法。产氢机理和产氢代谢调控是提高暗发酵产氢能力的关键。本论文以一株兼性厌氧菌--产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)HP1为材料，系统地研究了暗发酵产氢菌的产氢机理和产氢代谢调控，主要研究内容与结论如下：
建立了产氢代谢研究的实验方法，研究了K. oxytoca HP1生长和产氢的基本特性。K.oxytoca HP1能利用可溶性淀粉、纤维二糖、木糖、果糖、蔗糖、葡萄糖等多种碳水化合物生长和产氢；能以硫酸铵、尿素为氮源，培养方法简单，有较好的发酵生物质产氢的潜力。在产氢系统中通入气体会影响K.oxytoca HP1生长和产氢，通入不同气体的产氢能力为：Ar>N2>H2>CO2。K.oxytoca HP1产氢的最佳工艺条件为：以蔗糖为碳源，硫酸铵为氮源，温度37℃，pH 7.0，通入适量氩气。K.oxytoca HP1有甲酸产氢和NADH产氢两条途径，其中甲酸途径是主要途径，NADH产氢途径在通气条件下出现。
阐明了K .oxytoca HP1甲酸途径的产氢机理。K.oxytoca HP1产氢需要一定的跨膜质子电化学势△μH+，pH通过△μH+影响产氢。K.oxytoca HP1甲酸途径是耗能产氢途径。K.oxytoca HP1含有类似Escherichia coli氢酶-3(hyd-3)、氢酶-4(hyd-4)的氢酶，有两套FHL产氢系统；在pH 6.5，通过FHL产氢系统，厌氧氧化1 mol甲酸跨膜转运0.4 molH+。
应用代谢工程和生化反应动力学，对K.oxytoca HP1发酵产氢的代谢调控作了研究。代谢控制分析表明：与野生菌相比，敲除adhE基因所构建的工程菌株K.oxytoca ME-3的NADH途径产氢活性提高，甲酸途径的活性不降低，总产氢量提高9％。adhE基因敲除对产氢影响不大，主要原因是adhE敲除后造成丙酮酸的乙酰CoA途径的通量相对下降。产氢动力学主要研究底物和代谢产物对Koxytoca HP1发酵产氢的影响，构建了产氢抑制动力学模型，模型模拟结果与实验结果互相吻合。