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海洋产氢光合细菌的分离鉴定与光—暗耦联制氢的研究
引言
氢能作为一种新型的清洁能源，被越来越多的国家和地区所重视。目前，通过化石燃料(如煤、油、气等)生产氢气是最主流的工业方法，但该方法会产生大量的二氧化碳等温害气体，对环境造成严重危害。随着生物技术的不断发展，利用微生物的光合作用生产氢气成为了一种新的方法。
海洋作为一个巨大的生物资源库，存在着大量的光合细菌。其中有些光合细菌在暗部环境下也能维持其生存并利用代谢活性合成氢气。本文就海洋产氢光合细菌的分离鉴定和光暗耦联制氢进行了研究，并结合实验结果对其进行了讨论。
材料和方法
样品来源及处理
在本研究中使用了两个海洋样品：一个为海底沉积物，另一个为浮游生物。在采样前，样品瓶经过消毒处理。样品固体部分分别用0.2μm级无菌过滤器滤过，得到滤液后分别加入含有不同培养基的三角瓶中(详见下面培养基的制备)。海洋样品和培养基的比例约为1:20。在培养过程中，使用膜式光解脱H2系统进行光解脱实验。其中，光缆每天开启8小时，为光解脱提供蓝紫光照明(光密度大致为20μmol•m-2•s-1)，发酵液在黑暗条件下继续发酵。
培养基的制备
1)FTB培养基的制备：
成分(g/L)：NaCl30.0，MgSO4•7H2O1.0，CaCl2•2H2O0.2，NH4Cl1.0，KH2PO43.0，NaHCO32.0，FeSO4•7H2O0.001，Vitamins(solution)2.0ml/L，Tracemetals(solution)5.0ml/L，分别用过滤器滤过，无需灭菌。
2)ASN培养基的制备：
成分(g/L)：NaCl25.0，MgSO4•7H2O20.0，CaCl2•2H2O0.5，K2HPO40.5，KH2PO40.5，NH4Cl1.0，FeSO4•7H2O0.001，Vitamins(solution)2.0ml/L，Tracemetals(solution)5.0ml/L，分别用过滤器滤过，无需灭菌。
3)MB培养基的制备：
成分(g/L)：NaCl20.0，MgSO4•7H2O2.5，CaCl2•2H2O0.2，Na2SO43.5，KH2PO40.25，NH4Cl1.0，FeSO4•7H2O0.1，Vitamins(solution)2.0ml/L，Tracemetals(solution)5.0ml/L，分别用过滤器滤过，无需灭菌。
细菌分离、纯化与鉴定
在光照/黑暗环境下，将培养基加入三角瓶内，再加入少量样品悬液，经过摇动10s，经离心分离出上清部分，取离心上清1ml加入含有不同培养基的环境中培养。每4h取出1mL菌液加入新的含有相同培养基的环境中下一次培养，持续两天左右。最后通过沉淀法、清洗法等方法纯化获得光合细菌。
分离的光合细菌进行生物化学及分子生物学鉴定。酚红脱氧糖试验、淀粉卵白培养基和Voges-Proskauer酵母试验用于鉴定细菌分类；16SrRNA序列分析用于分子鉴定；荧光定量PCR用于mRNA的实时荧光逆转录PCR分子定量。
结果
1.分离得出光合细菌
使用两个不同的海洋样品经过繁殖后，得到了多个不同的光合细菌菌落。光合菌落呈现出不同的形态和颜色。根据培养基和生长条件的不同，影响到了不同菌落的生长速率、产氢效益等。其中，得到产氢效益最高的一株菌被命名为SMTY-1。
2.SMTY-1的生物特征
对菌株SMTY-1进行生化学鉴定，结果表明其属于光合细菌目。经过16SrRNA序列测定和比较后，SMTY-1被鉴定为一种海洋细菌speciesA。
3.光照/黑暗条件下SMTY-1的发酵特点
SMTY-1菌株在光照的条件下产氢的效率更高，光照8h后氢气浓度达到13%左右，而在黑暗条件下，氢气浓度只有低于10%。暴露在光下的SMTY-1菌株产氢的效率高于暗处的。
结论
本文对海洋产氢光合细菌的分离鉴定和光暗耦联制氢进行了研究。结果表明，使用不同的海洋样品采用不同的生长条件，可以获得多个产氢效益不同的光合细菌。其中SMTY-1被鉴定为一种海洋细菌speciesA。SMTY-1菌株在光照的条件下产氢的效率更高，光照8h后氢气浓度达到13%左右，而在黑暗条件下，氢气浓度只有低于10%。此研究对海洋光合细菌资源的挖掘和清洁能源的开发具有重要意义。