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目前能源紧张,许多国家为了减少对非可再生资源石油等的依赖性,正在积极寻找新的替代能源。氢能,因其具有清洁无污染,储能高,可储存、运输等优点,被视为最理想的新型能源。另一方面,随着生物柴油的飞速发展,其副产物甘油出现过剩,如何解决过剩的甘油,引起全球普遍的关注。若能利用甘油产氢,既可解决其对环境造成的压力,也可降低产氢成本,这是一条非常理想的途径。尽管如此,目前相关报道很少,仅2006年刘伯飞等报道克雷伯杆菌(Klebsiella pneumoiae)利用甘油产生1,3—丙二醇和氢气,但相关的机理还不清楚。
深红红螺菌(Rhodospirill umrubrum)是一类能进行光合作用并产生氢气的光合细菌,目前对其产氢机理的研究主要集中在捕光色素、固氮酶、氢酶等方面,而深红红螺菌利用甘油产氢目前未见报道。试验发现野生型深红红螺菌不能在甘油为唯一碳源的培养基上生长。
本研究通过pRL27[Tn5]转座子插入突变构建深红红螺菌的突变库,利用甘油为唯一碳源的筛选培养基,筛选得到甘油利用型深红红螺菌突变株54株。对生长情况较好的B8进行深入研究:PCR检测突变株中转座子上的卡那抗性基因,从分子水平确定转座成功;气相色谱检测其产氢能力,在甘油浓度为10g/L时,产氢速率为0.24ug/mL/h,总产量为3.7mmol/200mL/day;SDS-PAGE检测发现其和野生型在总蛋白上存在差异,这些差异的蛋白可能和甘油代谢或者代谢调控的相关蛋白有关;利用分子生物学方法确定突变株中转座子的插入位点,发现B8的突变位点位于一个编码胞外可溶性连接蛋白(extracellar solute—bindingprotein,family3)的基因上,该蛋白与细胞物质运输和激活后续信号传导相关,也是首次发现其与甘油代谢产氢过程相关。对另外一株突变株C4也进行了相关研究:通过Bioiog检测发现其较野生型能利用更多种类的碳源;气相色谱检测也发现其与野生型在细胞壁脂肪酸成分上存在极大的差异,这些不同脂肪酸构成的细胞壁与物质进入细胞相关。
本文首次筛选得到利用甘油型深红红螺菌突变株,并鉴定其突变相关基因,需进一步阐明其利用甘油的机理,为今后进一步提高该菌对甘油的利用能力和产氢能力奠定了一定的基础。