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(xì)菌生長的動力學(xué)研究王德強(qiáng)1郭養(yǎng)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(xì)菌在醋酸溶液中的生長動力學(xué)并用πonod模型描述了光合細(xì)菌生長情況模型能夠較好地描述光合細(xì)菌生長狀況。關(guān)鍵詞光合細(xì)菌;動力學(xué) nono模型中圖分類號TQ033文獻(xiàn)標(biāo)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(xì)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、糖類、芳香族化合物等低分子有機(jī)物作為光合作用的電子受體,進(jìn)行光能異養(yǎng)生長。在黑暗條件下能利用有機(jī)物作為呼吸基質(zhì)進(jìn)行好氧或異氧生長。則正確估計光合細(xì)菌的生長動力學(xué)參數(shù)對于光合反應(yīng)器的設(shè)計具有重要意義。1材料方法(1)菌體分離本實(shí)驗(yàn)室的厭氧處理裝置中的活性污泥接入 RCVBN培養(yǎng)基中富集培養(yǎng),液面加蓋無菌液體石蠟。在改良的YP培養(yǎng)基固體平板上劃線分離瓊脂上加蓋無菌液體石蠟溫度為30℃光強(qiáng)為3000lx(2)以醋酸為生長限制性底物,在厭氧祭件下培養(yǎng),光照強(qiáng)度為30kx,溫度30℃,培養(yǎng)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(xì)菌的生長速率和底物消耗速率。(3)溫度因素夏季是魚類生長最佳季節(jié),水溫范圍一般在15~40℃,實(shí)驗(yàn)溫度分別設(shè)置在∶8,2535A0A5℃下培養(yǎng)PSB分別取5個500mL三角瓶裝入純化菌種液40mL和培養(yǎng)基300mL培養(yǎng)H7.0,光強(qiáng)3000ⅸ液面加蓋無菌液體石蠟。培養(yǎng)過程中測定培養(yǎng)液的光密度和有機(jī)酸濃度。2結(jié)果討論光合細(xì)菌生長與底物消耗用 monod模型描述,則描述光合細(xì)菌生長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作者簡介汪德強(qiáng)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(qiáng)等光合細(xì)菌生長的動力學(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(xì)菌OD值,10D值的1L培養(yǎng)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(xì)菌的生長率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(xì)菌的菌體得率系數(shù);q一底物比消耗速率h-1;l-光合細(xì)菌的比生長速率h-1,lm-最大比生長速率h1;k-光合細(xì)菌對醋酸的飽和常數(shù)g/L。在厭氧培過程中毎隔24h測定培養(yǎng)液中醋酸質(zhì)量濃度和光合細(xì)菌的O值。其中實(shí)驗(yàn)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(xì)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型紫外可見分光光度計在660mm處測定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1,2表1培養(yǎng)過程中各實(shí)驗(yàn)組的醋酸消耗對照表2培養(yǎng)過程中各實(shí)驗(yàn)組的菌體生長對照1h組醋酸質(zhì)量濃度/(g/L光合細(xì)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(jù)表中的結(jié)果,以優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)∑(實(shí)驗(yàn)值22模型計算值)2最小為目標(biāo),采用單純形對上式中參數(shù) um. k.y進(jìn)行估計,參數(shù)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(jié)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(yàn)結(jié)果的比較列入圖中可以得圖1的結(jié)果。模0.2型計算值與實(shí)驗(yàn)值吻合,可以較好地描述光合細(xì)菌010203045060708在小分子有機(jī)酸中的生長與底物消耗的過程t/h圖1模型對第3組實(shí)驗(yàn)的計算結(jié)3溫度對光合細(xì)菌生長及底物利用速率的影響在18,25.35,40,45℃條件下培養(yǎng)PSB每隔24h測定菌體OD值和醋酸質(zhì)量濃度所得結(jié)果見表3A。表3各實(shí)驗(yàn)組的光合細(xì)菌生長對照表4各實(shí)驗(yàn)組中光合細(xì)菌對醋酸的消耗對照光合細(xì)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(xì)菌的比生長速率和米氏常數(shù)隨培養(yǎng)溫度的變化規(guī)律用二次多項(xiàng)式進(jìn)行回歸。令um =um(a1+b1T+c1 T):k,'=k(az+b2T+c2 T2對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(zhuǎn)244頁)上接225頁k.=0.02633(-0.316+0.308T-表5溫度對光合細(xì)菌 monod模型中動力學(xué)參數(shù)的影響0.0048T2)項(xiàng)45℃綜合考慮底物質(zhì)量濃度、培養(yǎng)溫度對微生物am/h0.01670.01850.03260.0360.02生長速率及對底物消耗速率的影響,光合細(xì)菌的k(m)028202316023260230290生長動力學(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(yàn)數(shù)據(jù)用單純形法8行動力學(xué)參數(shù)估計所得結(jié)果如表5。將各組參數(shù)代入動力學(xué)模型并用上述模型計算各個實(shí)驗(yàn)條件下的PSB生長情況,如圖2。圖2表明修正后的模型能很好地描述35℃時的底物質(zhì)量濃度對光合細(xì)菌生長速率及底物t/h產(chǎn)降解的影響。圖2模型對第3組實(shí)驗(yàn)的計算結(jié)果中國煤化工參考文獻(xiàn)CNMHGI1于沛芬.光合細(xì)菌的分離、鑒定和固定化[J.生物技術(shù)1996,53)35-50