太阳能光合生物制氢光扰动效应及代谢机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51906062
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    蒋丹萍
  • 依托单位：
    河南农业大学
  • 学科分类：
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The low efficiency of light energy conversion is a major bottleneck of photosynthetic biological hydrogen production. Exploration of efficient approaches for improving light energy conversion efficiency is crucial for promoting the development of photosynthetic biological hydrogen production. The aim of this project is to improve the light energy conversion efficiency via constructing a solar photosynthetic biological hydrogen production test system, investigating the light disturbance and microbial metabolic mechanism during the photosynthetic biological hydrogen production process, exploring the response of macroscopic system and microscopic system of photosynthetic biological hydrogen production to unsteady illumination, and analyzing the mechanism of light disturbance. A mathematical model of light disturbance will be established to analyze the effect of light disturbance on the light energy conversion efficiency and hydrogen production of the photosynthetic biological hydrogen production system, and to propose the way to enhance the orientation expression. The multi-disciplinary research method will be used to reveal the intrinsic correlation between light disturbance and microbial community structure and metabolic pathway of photosynthetic bacteria, and to obtain an approach for improving the conversion efficiency of light energy at the microscopic scale. An energy balance analysis method for the solar photosynthetic biological hydrogen production system will be established to evaluate the influence of the light disturbance on the total energy balance of the system, and to obtain the adjustment mechanism for maximizing the system efficiency. This project will explore a novel idea for the selection of strategies to improve the efficiency of light energy conversion. It is expected that the outcomes of this project will be of important theoretical value and potential application prospect.
光能转化效率低是光合生物制氢领域存在的一个普遍问题，探索提高光能转化效率的途径对推动光合生物制氢的发展至关重要。本项目研究太阳能光合生物制氢过程中的光扰动效应及微生物代谢机制,旨在提高光能转化效率。构建生物质太阳能光合生物制氢试验系统，探究光合生物制氢宏观系统和微观系统对非稳态光照的响应，分析光扰动效应的作用机理；建立光扰动效应数学模型，分析光扰动效应对光合生物制氢系统光能转化效率和氢气产量的影响规律，提出定向强化表达的途径；采用多学科交叉的研究方法，揭示光扰动效应与光合产氢微生物的群落结构和代谢途径的内在关联机制，得出微观尺度提高光能转化效率的方法；建立太阳能光合生物制氢系统的总能量分析方法，探明光扰动效应对系统总能量平衡的影响规律，获取系统效率最大化的调节机制。本项目的研究可为提高光能转化效率方式的选择拓展新的思路，研究结果将具有重要的理论价值和潜在的应用前景。

结项摘要

本项目以C3能源作物芦竹为原料，研究了光合生物制氢宏观系统和微观系统对非稳态光照的响应特性，揭示了光扰动效应的作用机理，获得了光扰动效应对光合生物制氢系统光能转化效率和氢气产量的影响规律，探明了光扰动效应与光合产氢微生物的群落结构和代谢途径的内在关联机制，阐明了光扰动效应对系统能量转化的影响规律。获取了定向调控的途径，提高了光合生物制氢系统的光能转效率。主要研究结果表明，（1）24h 暗+24h 光的扰动模式能够显著提高光合生物制氢过程的累积产氢量（产氢量为390.9mL/g TS 细胞干重）和光能转化效率（相较于连续光照提高了114.7%）；此外，接种后黑暗间歇更有利于提高产氢量；（2）光合生物制氢过程的第24h，光照强度由初始的3000Lux 提升到6000Lux后，累积产氢量相较于对照组提高了19.5%，然而光强扰动并不会对酸性代谢产物造成显著影响；（3）采用底物预处理，复合底物发酵，底物循环再利用等方法都可以定向提高光合生物制氢过程的累积产氢量。本项目构建的光扰动模式，可为光合生物制氢的工业化应用提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（3）
科研奖励数量（7）
会议论文数量（0）
专利数量（8）
Effect of 5-HMF and furfural additives on bio-hydrogen production by photo-fermentation from giant reed
5-HMF和糠醛添加剂对芦苇光发酵生物制氢的影响
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2022.126743
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Jiabin Yang;Danping Jiang;Xuenan Shui;Tingzhou Lei;Huan Zhang;Zhiping Zhang;Xueting Zhang;Shengnan Zhu;Quanguo Zhang
  • 通讯作者：
    Quanguo Zhang
Effect of alkaline pretreatment on photo-fermentative hydrogen production from giant reed: Comparison of NaOH and Ca(OH)2
碱预处理对芦苇光发酵产氢的影响：NaOH 和 Ca(OH)2 的比较
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2020.123001
  • 发表时间：
    2020-05-01
  • 期刊：
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Jiang, Danping;Ge, Xumeng;Li, Yebo
  • 通讯作者：
    Li, Yebo
Effect of light perturbation on the photo-fermentative hydrogen production of biomass from giant reed
光扰动对芦苇生物质光发酵产氢的影响
  • DOI：
    10.1016/j.jclepro.2022.131481
  • 发表时间：
    2022-03
  • 期刊：
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
    Xuenan Shui;Danping Jiang;Huan Zhang;Xueting Zhang;Jiabin Yang;Tingzhou Lei;Zhou Chen;Quanguo Zhang
  • 通讯作者：
    Quanguo Zhang
Study of the interrelationship between nano-TiO2 addition and photo-fermentative bio-hydrogen production of corn straw
纳米TiO2添加与玉米秸秆光发酵生物制氢关系研究
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2021.125549
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Tian Zhang;Danping Jiang;Yameng Li;Huan Zhang;Zhiping Zhang;Francesco Petracchini;Valerio Paolini;Yang Zhang;Tian Yue;Quanguo Zhang
  • 通讯作者：
    Quanguo Zhang
Insights into correlation between hydrogen yield improvement and glycerol addition in photo-fermentation of Arundo donax L
芦竹光发酵中氢气产量提高与甘油添加相关性的见解
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2020.124467
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Danping Jiang;Xueting Zhang;Xumeng Ge;Tian Yue;Tian Zhang;Yang Zhang;Zhiping Zhang;Chao He;Chaoyang Lu;Quanguo Zhang
  • 通讯作者：
    Quanguo Zhang

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其他文献

基于BBD模型的玉米秸秆光合生物制氢优化实验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    太阳能学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    路朝阳;王毅;荆艳艳;张丙学;蒋丹萍;张全国
  • 通讯作者：
    张全国
能源草酶解光合生物制氢实验研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    农业机械学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张全国;张丙学;蒋丹萍;李亚猛;荆艳艳;路朝阳
  • 通讯作者：
    路朝阳
秸秆类生物质酶解动力学及光合生物产氢特性研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    农业机械学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    蒋丹萍;张洋;路朝阳;张全国
  • 通讯作者：
    张全国
Hau-M1光合产氢细菌的生理特征和产氢特性分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    太阳能学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    蒋丹萍;韩滨旭;王毅;张全国
  • 通讯作者：
    张全国

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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