关于光合细菌产环保新能源的研究进展综述

黄春雷

摘 要：现阶段我国社会发展过程中社会居民环保意识不断增强及现有资源紧张趋势愈演愈烈，使开发与应用环保新能源成为社会各领域关注的主要问题，氢作为一种清洁高效能源开始受到新能源领域的重视，光合细菌可以通过降解有机物来转化太阳能，并且其具有产氢不放氧、产氢效率高以及产氢纯度高等特点，并且对进一步提高产氢量及产氢时间有重要的作用。文章就关于光合细菌产环保新能源的研究进展进行综述。

关键词：光合细菌；新能源；环保；研究综述

中图分类号：Q939.9 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0177-02

现阶段，世界上的石油、天然气以及煤炭等化石燃料开始面临枯竭态势，并且社会能源领域在该阶段开始面临能源需求不断增加的情况，社会各领域在巨大的能源压力下将开发与应用新能源，作为推动社会各领域实现可持续发展战略的前提条件，在这种时代大背景下，生物制氢的研究开始进入一个新的发展阶段。就微生物来说，有多种厌氧菌、兼性厌氧菌、好氧菌以及光合细菌等都可以产氢，但是就这些微生物来说，只有光合细菌产氢量大，并且其具有便捷、高效、利于维持等一系列特点，所以光合细菌产氢开始受到新能源领域的广泛关注，如何将光合细菌广泛应用于新能源开发过程是其面对的主要问题。

1 光合细菌的分类

光合细菌（Photosynthetic bacteria，简称PSB）是水圈微生物中的一种，并且光合细菌是地球上最早出现的具有光能合成系统的一种细菌，其一般都生存于水的厌氧层中，在土壤、淡水、海水以及温度极高的温泉中都是光合细菌的分布场所，尤其是富含有机物的水域中含有大量的光合细菌。现阶段，世界上已知的光合细菌共有50多种，光合细菌在本质上属于原核生物界细菌门真细菌纲的红螺菌目，紫色细菌一般又可以分为紫硫细菌、紫色非硫细菌等，绿菌亚目主要以绿硫细菌和绿色非硫细菌为主，就光合细菌来说其是一种十分特殊的原核生物，属于革兰氏阴性菌的类目，所以光合细菌具有形态多样这一特征，最为常见的光合细菌主要以球状、杆状、螺旋状以及卵圆状等形态为主。光合细菌中的很多菌种都具备运动性，能够运动的细菌中主要是以极生菌毛、周生鞭毛以及滑行方式运动的菌种，光合细菌在组成上含有类胡萝卜素、细菌叶绿素、细胞色素、泛醌以及非血红素铁蛋白等，其非血红素铁蛋白主要是以铁氧化还原型的非血红素铁蛋白为主。光合细菌受到自身数量和菌种不同的影响，使其在生长过程中会呈现出不同的颜色，每种光合细菌的颜色在特定培养条件下均可以呈现出不同的特征，新能源领域在研究过程中主要是利用光合细菌吸收广谱来对其菌种进行鉴定。

2 光合细菌产环保新能源的具体应用

2.1 高效产氢光合细菌的筛选与分离

光合细菌产环保新能源在具体应用过程中，首先要对其菌种进行筛选与分离，这也是光合细菌产氢研究过程中前提条件，虽然对于光合细菌对产氢条件要求方面比厌氧菌具备更大优势，但是只有将优势高的光合细菌产氢菌株从中筛选出来，才能确保光合细菌产氢的效率和产氢量可以满足其具体实践要求。光合细菌的产氢菌株可以从自然界、人工环境中进行筛选，并且可以利用基因工程技术和人工诱变技术来获取产氢菌株，尤希凤等人在关于光合细菌产氢菌株筛选与分离研究中，分别从养殖场、食品厂的废水中分离出了多株可以高校产氢的光合细菌，并且其所分离出的光合细菌可以从猪粪污水中产氢。Eui Jin等人在研究过程中利用遗传技术来获得了缺失B850-800复合物的变异光合细菌，该种光合细菌与自然界中产生的光合细菌在生长方面没有过大的区别，但是就缺失B850-800复合物的变异光合细菌来说其具备更强的产氢能力，其试验结果证明该种变异光合细菌的产氢量可以达到普通光合细菌的2倍以上。

2.2 产氢关键酶的改造

光合细菌产氢在本质上是细胞物质代谢和细胞能量代谢的一个综合过程，并且光合细菌产氢的过程是高度复杂的，光合细菌可以通过多种途径来进行代谢，氢的物质代谢和能量代谢过程中会有多种酶参与到这个活动中，氢酶和固氮酶是光合细菌产氢过程中最为重要的两种关键酶，在当前科技条件下，可以利用人工诱变和遗传工程技术来对产氢关键酶进行过改造，通过构建氢酶缺失或是固氮酶高倍表达的高效产氢光合细菌菌株，这对进一步提高光合细菌产氢效率和产氢量有着重要作用。Kern等人在研究中获得了吸氢酶缺失菌株，在50mmol/L乳酸盐和7 mmol/L谷氨酸钠作为底物的时候，吸氢酶缺失的光合细菌的产氢转化效率可以提升30%左右。Yoshino等人在研究中通过插入干扰基因构建出了一种吸氢酶缺失的变异光合细菌菌株，通过试验证明该种变异光合细菌在产氢量可以达到常规光合细菌的3倍以上。部分学者利用遗传技术手段构建出了一种耐氧性的产氢酶，这种产氢酶的具体应用对提高光合细菌对不利环境条件的承受能力有着重要的作用，利用基因手段对光合细菌中产氢过程中的关键酶进行调控，并且利用代谢工程手段对光合细菌产氢过程中的代谢过程进行适当调节，这些措施都可以有效提高光合细菌的产氢量和产氢效率，但是就这一方面的研究来说，在新能源领域依旧处于起步阶段。

2.3 光合系统的改造

光合细菌产氢过程中需要以光照作为主要条件，而在这个过程中其产氢所需要的ATP都是由光合磷酸化合成的，并且光照的形式与光照强度会对光合细菌的产氢效率、产氢量有着直接影响，同时对于光合反应器的研制来说也具有十分重要的意义。国内外在当前使用光合细菌产氢过程中均是以人工光源为主，使用人工光源具有能耗大、效率差等问题，如果光合细菌产氢过程中使用过于分散的太阳光源，则无法通过光合细菌产氢技术来实现规模化制氢的要求，因此，利用遗传技术来对光合细菌的光合细菌进行改造，使其可以形成突变的菌株，在光合细菌生长过程中有效降低其对光的依赖，这种对光合细菌进行改造的光合细菌培养技术已成为当前该领域研究的重点内容。Melis在研究中发现通过减少绿藻中的叶绿素含量，对提高绿藻自身的光合效率有着十分明显的作用，并且当前已经有研究证明了通过对光合系统的改造，可以有效降低光合细菌产氢过程中对于强光的需求，通过选用这种光合细菌对提高产氢效率及产氢量有着重要作用，是未来光合细菌产氢领域研究过程中的一个重点方向。

2.4 多菌种混合产氢

虽然光合细菌的部分单菌种在产氢过程中具有很多的应用优势，但是就系能源领域来说很难依靠一种菌来实现规模化制氢，因此，多菌种混合产氢是当前关于光合细菌产环保新能源研究领域的重点，同时也是新能源领域在未来很长一段时间的主要研究方向。多菌种混合产氢在具体应用中对提高产氢效率和产氢量有着重要作用，张立宏在研究中指出多菌种比纯菌种的光合细菌具有更大优势，其主要体现在多菌种的光合细菌产氢效率、产氢量方面远远高于纯菌种的光合细菌产氢。刘颖等人在研究过程中发现光合细菌和厌氧菌可以联合进行产氢，利用光合细菌发酵和厌氧菌暗发酵的方式对提高产氢效率有着重要作用，并且在该种模式下底物的总体利用率也可以大大提升，由于光合细菌和厌氧细菌在产氢过程中均是以厌氧产氢为主，所以如果将两种细菌放在同一反应器中进行混合培养，对进一步发挥两种细菌的产氢优势有着十分重要的作用。

3 结 语

综上所述，近年来国内外很多科学家军队光合细菌产环保新能源进行了深入研究，并且就学术界已有的报道来说，其已经进入一个高度繁荣的阶段，以生物工艺技术研究作为主要内容是当前该领域的主要方向，且光合细菌产环保新能源的发展前景十分被看好。

参考文献：

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