有机废水发酵产氢强化系统的自絮凝产氢菌蛋白质组学研究

利用生物强化技术向有机废水生物产氢反应系统投加高效产氢细菌是提高系统产氢能力的有效途径之一，进行自絮凝产氢菌的生物强化，有助于产氢菌在连续流反应系统内保持较高的生物量，对提高有机废水生物产氢系统的产氢能力具有重要意义。本研究拟通过新兴的蛋白质组学技术平台，对不同培养时期的自絮凝产氢菌进行差异蛋白质表达谱特征比较分析，对特定培养时期的自絮凝与非自絮凝产氢菌进行差异蛋白质表达谱特征比较分析，并通过差异蛋白质的鉴定和所属功能类群研究，确定自絮凝产氢菌絮凝过程的重要功能蛋白质，解析产氢菌的絮凝机理，在此基础上对连续流生物产氢反应系统进行自絮凝产氢菌生物强化，确定工程控制参数。利用蛋白质组学技术来解析产氢菌自絮凝过程的重要功能蛋白质，可为明确产氢菌自絮凝过程的关键时期、揭示产氢菌的自絮凝机理提供重要信息，并为自絮凝产氢菌强化生物产氢系统产氢能力的提高提供技术指导。

利用生物强化技术向生物产氢系统投加高效产氢细菌是提高系统产氢能力的有效途径之一。利用具有自絮凝作用的产氢菌种进行生物强化，可避免产氢菌种的大量流失，有助于产氢菌在连续流反应器内保持较高的生物量，从而提高生物制氢反应器的生产效率。利用蛋白质组学技术,对不同培养时期和不同絮凝状态的产氢菌进行差异蛋白质组表达谱分析,通过蛋白质鉴定和所属功能群分析,可了解产氢菌絮凝过程的重要功能蛋白质,为揭示产氢菌的自絮凝机理提供重要信息。.本课题对生物产氢反应器进行了启动和连续运行, 在反应器运行过程中最大产气量为9.5L/d，出水pH值维持在5.0左右，液相发酵产物中乙酸和丁酸的含量较高。从连续运行的生物产氢反应器活性污泥中分离和筛选获得几株产氢能力较高的厌氧产氢菌，获得的产氢菌Q2产氢能力为1152mL/L-culture，对产氢菌Q2进行了16S rDNA菌种鉴定，产氢菌Q2 为 Pectinatus sp.，并对产氢菌的产氢规律进行了研究。利用蛋白质组学技术平台，进行了产氢菌处于迟缓期、对数生长期和稳定期等不同培养时期的蛋白质差异表达谱分析，共获得390种差异表达蛋白质，对390种蛋白质的功能类群分析表明，其中3%的蛋白质参与信号转导、4%参与转录、25%参与蛋白质合成与转运、15%参与糖类与能量代谢、8%参与氨基酸代谢、3%参与丙酸与丁酸代谢、5%参与氧化还原过程、10%参与核酸代谢、4%参与物质转运、4%参与细胞周期、分裂与分化、6%其它代谢等。建立了自絮凝与非自絮凝产氢菌的差异蛋白质谱，研究共鉴定了24种差异蛋白质。其中，1种在非自絮凝产氢菌中特异表达，8种优势表达；有9种蛋白质在自絮凝产氢菌中特异表达，6种蛋白质优势表达。通过对差异蛋白质鉴定和功能的分析认为，几种重要的差异蛋白质在产氢菌絮凝过程中的发挥重要作用，该研究为解析产氢菌的自絮凝机理提供重要信息。进行了有机废水生物产氢系统连续运行阶段产氢菌的生物强化运行，研究结果表明在反应器进行产氢菌生物强化时，反应器的运行水力停留时间应保持在6小时左右,产氢菌在进行生物强化前经过离心处理是较适宜的产氢菌投加方式，通过生物强化运行使生物产氢反应器的产氢能力较生物强化前有较明显地提高。