[发明专利]一种基于温敏聚合物相转变调控微藻产氢的方法

说明书

一种基于温敏聚合物相转变调控微藻产氢的方法，属于生物能源技术领域，本发明是为了解决现有微藻制氢过程繁琐，成本较高，无法长时间产氢的问题，所述方法包括的步骤如下：1)蛋白核小球藻的培养，2)PNIPAM‑BA聚合物的合成，3)微藻聚集体的构筑与解聚。此方法解决了现有微藻制氢过程繁琐，成本较高，无法长时间产氢的问题，成功实现了微藻可长时间持续产氢168h，并且可以主动调控开始或终止微藻产氢过程。本发明工艺简单，可控性强，应用前景好。

技术领域

本发明属于生物能源技术领域，具体涉及一种基于温度响应聚合物相转变调控微藻产氢的方法。

背景技术

随着化石能源的不断消耗以及环境污染问题的日趋严重，寻找可再生的、环境友好的能源已经成为研究学者的主要方向。氢气在燃烧时只生成水，不会产生任何污染物，并且具有能量密度高、热转化效率高、运送成本低等优点，被认为是化石燃料最理想的替代品。虽然制氢有化学方法、生物方法等很多方法，但是传统的化石燃料重整制氢及电解水制氢等技术，并没有从根本上摆脱掉对化石能源的依赖，也没有从根本上消除对环境的污染，生产成本也普遍较高。而生物产氢的条件较为温和，通常在常温常压下进行，能够利用可再生能源，并且可以进行废物利用，因此具有低能耗、少污染的特点，被认为是未来制氢的主要途径之一。

光合微生物法作为生物制氢的重要组成部分，已经成为近年来的研究热点。光合微生物法制氢，即微生物通过光合作用将底物分解产生氢气的方法，通常发生在细菌或藻类细胞内。对于常见的绿藻微生物而言，其光合系统中有两个独立但协调起作用的光合中心，即光合系统I和光合系统II。其中，光合系统II用于接收太阳能分解水产生质子、电子和氧气，PSI产生还原剂用于固定二氧化碳。PSII产生的电子，最终由铁氧还蛋白携带经由光合系统II和光合系统I到达氢化酶处，从而使质子在氢化酶的催化作用下产生氢气。然而，光合系统II产生的氧气会使氢化酶迅速失活，所以绿藻生物在通常情况下以光合放氧为主，并不会产生氢气。为了提高微藻的产氢量以及产氢时间，目前的方法有硫剥夺处理、基因工程筛选耐受氧气的氢化酶、创建捕光天线突变体、消除与氢化酶相竞争的电子转移途径以及通过微藻的表面修饰等等。硫剥夺处理主要是通过去除培养基中的硫元素，从而抑制光合系统的放氧活性，降低了光解水产生的氧气含量，但是该方法同时也抑制了光解水产生的电子产量，最终导致产氢效率低，产氢时间在80小时左右[MelisA,Zhang L,Forestier M,et al.Sustained Photobiological Hydrogen Gas Production uponReversible Inactivation of Oxygen Evolution in the Green AlgaChlamydomonasreinhardtii[J].Plant Physiology,2000,122(1):127–136.]。基因工程筛选耐受氧气的氢化酶、创建捕光天线突变体以及消除与氢化酶相竞争的电子转移途径等方法缺乏明确的工程理论指导，筛选目标种群步骤繁琐，工作量大，目前仍然进展有限[Batyrova K,Hallenbeck P C.Sustainability of Biohydrogen Production Using EngineeredAlgae as a Source[G]//Singh A,Rathore D.Biohydrogen Production:Sustainabilityof Current Technology and Future Perspective.New Delhi:Springer India,2017:163–180.]。而微藻的表面修饰只能对当代细胞起作用，无法对其后代子细胞起作用，并且成本高，无法实现大规模制氢。