光合細菌生長(cháng)的動(dòng)力學(xué)研究

安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報第18卷第3期2001J. of Anhui University of Technology2001年7月文章編號000-2170(2001)03-0224-02光合細菌生長(cháng)的動(dòng)力學(xué)研究王德強1郭養浩21.安徽工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程系安徽馬鞍山2430022.福州大學(xué)福建福州350002)摘要報道了光合細菌在醋酸溶液中的生長(cháng)動(dòng)力學(xué)并用πonod模型描述了光合細菌生長(cháng)情況模型能夠較好地描述光合細菌生長(cháng)狀況。關(guān)鍵詞光合細菌;動(dòng)力學(xué) nono模型中圖分類(lèi)號TQ033文獻標識碼:AStudy on kinetics of photosynthetic bacterialWANG De-qiang GUo Yang-hao(1. Chemical Engineering Department Anhui University of Technology, Ma' anshan 243002, China: 2. FuzhouUniversity, Fuzhou 350002, China)Abstract Reported the kinetics of PSB in the solutions of CH3 cooh, and described the growth of pSb with monodmodel. This model can describe the data gathered from laboratory very wellKey words: photosynthetic bacterial kinetic: monod model引言光合細菌(PSB)在厭氧光照條件下,能利用低級脂肪酸、多種二羧酸、醇類(lèi)、糖類(lèi)、芳香族化合物等低分子有機物作為光合作用的電子受體,進(jìn)行光能異養生長(cháng)。在黑暗條件下能利用有機物作為呼吸基質(zhì)進(jìn)行好氧或異氧生長(cháng)。則正確估計光合細菌的生長(cháng)動(dòng)力學(xué)參數對于光合反應器的設計具有重要意義。1材料方法(1)菌體分離本實(shí)驗室的厭氧處理裝置中的活性污泥接入 RCVBN培養基中富集培養,液面加蓋無(wú)菌液體石蠟。在改良的YP培養基固體平板上劃線(xiàn)分離瓊脂上加蓋無(wú)菌液體石蠟溫度為30℃光強為3000lx(2)以醋酸為生長(cháng)限制性底物,在厭氧祭件下培養,光照強度為30kx,溫度30℃,培養基初始pH7.5?？疾煸诓煌跏嫉孜镔|(zhì)量濃度2~20g/L的 CH3 COONa·3HO(即 CH3COO·質(zhì)量濃度0.5~5.0g/L)中光合細菌的生長(cháng)速率和底物消耗速率。(3)溫度因素夏季是魚(yú)類(lèi)生長(cháng)最佳季節,水溫范圍一般在15~40℃,實(shí)驗溫度分別設置在∶8,2535A0A5℃下培養PSB分別取5個(gè)500mL三角瓶裝入純化菌種液40mL和培養基300mL培養H7.0,光強3000ⅸ液面加蓋無(wú)菌液體石蠟。培養過(guò)程中測定培養液的光密度和有機酸濃度。2結果討論光合細菌生長(cháng)與底物消耗用 monod模型描述,則描述光合細菌生長(cháng)與底物消耗的方程表示為:u= ums/(k+s中國煤化工收稿日期2000-12-26CNMHG作者簡(jiǎn)介汪德強1968-)男安徽繁昌人安徽工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程第3期王德強等光合細菌生長(cháng)的動(dòng)力學(xué)研究225q=qms/(k。+s)dx/dt= xum s/(k+s)dx/dt=xum S/(k+s)ya/I=r,/y式中:x一光合細菌OD值,10D值的1L培養液含菌體干重是0.0025g/L;s一底物質(zhì)量濃度g/L;dx/dt-光合細菌的生長(cháng)率g(L·h);-ds/d底物的消耗速率g/(L:h);Y/一相對于底物的光合細菌的菌體得率系數;q一底物比消耗速率h-1;l-光合細菌的比生長(cháng)速率h-1,lm-最大比生長(cháng)速率h1;k-光合細菌對醋酸的飽和常數g/L。在厭氧培過(guò)程中毎隔24h測定培養液中醋酸質(zhì)量濃度和光合細菌的O值。其中實(shí)驗1~5組旳初始醋酸質(zhì)量濃度分別是:.487,1.053,2.064,2.737,3.775g/L;1~5組的光合細菌初始OD值分別是.4,0.4,0.35,0.4,0.37。醋酸質(zhì)量濃度用氣相色譜測定OD值用721-A型紫外可見(jiàn)分光光度計在660mm處測定實(shí)驗數據見(jiàn)表1,2表1培養過(guò)程中各實(shí)驗組的醋酸消耗對照表2培養過(guò)程中各實(shí)驗組的菌體生長(cháng)對照1h組醋酸質(zhì)量濃度/(g/L光合細菌OD值3組4組5t/h組1組2組3組4組50.4871.0532.0642.7373.77500.40.40.350.40.3990.9391.9742.39307240.540.540.510.540.470.3170.8761.6512.0872.872480..630.630.670.680.57800.2872701.1532.169801.051.31.41.351.350.6510.5441.095961.021.82.22.12.50.1040.2450.8611140.952.12.6根據表中的結果,以?xún)?yōu)化目標函數∑(實(shí)驗值22模型計算值)2最小為目標,采用單純形對上式中參數 um. k.y進(jìn)行估計,參數的取值范圍為um=0.01~0.07hl;Y=0.01-0.10g/g;:1.4k=0.1~0.4mg/L估計結果得:隘1想Elm=0.035h-;k.=0.26g/L;H=0.25。5在 MATLAB環(huán)境下計算模型并繪圖把計算值0.6與實(shí)驗結果的比較列入圖中可以得圖1的結果。模0.2型計算值與實(shí)驗值吻合,可以較好地描述光合細菌010203045060708在小分子有機酸中的生長(cháng)與底物消耗的過(guò)程t/h圖1模型對第3組實(shí)驗的計算結3溫度對光合細菌生長(cháng)及底物利用速率的影響在18,25.35,40,45℃條件下培養PSB每隔24h測定菌體OD值和醋酸質(zhì)量濃度所得結果見(jiàn)表3A。表3各實(shí)驗組的光合細菌生長(cháng)對照表4各實(shí)驗組中光合細菌對醋酸的消耗對照光合細菌OD值t/h組1組醋酸質(zhì)量濃度/(g/L)組1組3組4組0.480.490.490.495.505.605.194.825.54721.001.803.853.300.685.434.374.083.651.202.604.803.700.78965.123.723.823.085.39201.293.655光合細菌的比生長(cháng)速率和米氏常數隨培養溫度的變化規律用二次多項式進(jìn)行回歸。令um =um(a1+b1T+c1 T):k,'=k(az+b2T+c2 T2對實(shí)驗數據進(jìn)行回歸分析后得到如下方程中國煤化工0.035(-0.2238+0.09CNMHG(下轉244頁(yè))上接225頁(yè)k.=0.02633(-0.316+0.308T-表5溫度對光合細菌 monod模型中動(dòng)力學(xué)參數的影響0.0048T2)項45℃綜合考慮底物質(zhì)量濃度、培養溫度對微生物am/h0.01670.01850.03260.0360.02生長(cháng)速率及對底物消耗速率的影響,光合細菌的k(m)028202316023260230290生長(cháng)動(dòng)力學(xué)模型可表示如下x/dt=un(-0.2238+0.097T-0.0026m)sx/(k/(-0.316+0.308T-0.0048T)+s)dx/d=x' Ydx/dt用上述模型分別對不同溫度下的實(shí)驗數據用單純形法8行動(dòng)力學(xué)參數估計所得結果如表5。將各組參數代入動(dòng)力學(xué)模型并用上述模型計算各個(gè)實(shí)驗條件下的PSB生長(cháng)情況,如圖2。圖2表明修正后的模型能很好地描述35℃時(shí)的底物質(zhì)量濃度對光合細菌生長(cháng)速率及底物t/h產(chǎn)降解的影響。圖2模型對第3組實(shí)驗的計算結果中國煤化工參考文獻CNMHGI1于沛芬.光合細菌的分離、鑒定和固定化[J.生物技術(shù)1996,53)35-50