[发明专利]产氢工程菌及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及产氢工程菌及其应用。

背景技术

18世纪工业革命以来建立的化石能源体系正面临着两大挑战：煤炭、石油、天 然气等化石燃料的不可再生性；以及石油炼制产业引起的温室效应、酸雨、粉尘污 染等种种环境问题。这些都极大的推动了风能、太阳能、水能、生物质能、地热能 和海洋能等可再生能源产业的研究和发展。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，仅次于煤炭、石油和天然气，居于 世界能源消费总量的第四位，在整个能源系统中占有重要地位。在我国，生物质能 占全部能源消耗总量的20％。但长期以来，生物质能在我国商业用能结构中的比率 极小，主要是作为一次性能源在农村利用，约占农村总能耗的70％左右。以生物质 为原料的生物炼制作为一个相对比较年轻的研究领域，系统的研究和开发主要是在 欧洲进行的；而工业领域的发展则主要是在美国。美国生物质技术顾问委员会开展 了一个关于生物能量、生物燃料和生物产物的长期计划和目标，基于生物质的运输 燃料从2001年占美国燃料消耗的0.5％将增长到2030年的20％。从2006年1月1 日起，我国开始施行《中华人民共和国可再生能源法》，将大大促进可再生能源的 开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社 会的可持续发展。在生物炼制中，基于生物原料的燃料包括固体、液体和气体三种 形式，如生物柴油、乙醇、甲醇、甲烷和氢气等，是目前世界上被广泛关注的几种 能源形式。

因为氢气本身无毒，燃烧后仅生成水，所以被认为是理想的清洁能源。氢气不 但是一种优质燃料，还是石油、化工、化肥和冶金工业的重要原料。所有气体中， 氢气最轻，导热性最好；除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生 物燃料中最高的；氢可以气态、液态或固态的金属氢化物形式出现，能适应贮运及 各种应用环境的不同要求。通过生命周期分析，在所有燃料中，氢气有最高的原料 灵活性，来源于可再生生产途径的氢气对环境友好，不涉及温室气体排放，最终可 实现化石能源到可再生能源的平稳转换。

相对于日益完备的氢能利用的下游体系，氢气却没有在以可再生资源为原料的 生产方面实现突破。目前，氢气主要还是来自化石燃料的重整转化(占氢气来源的 96％)和电解水制氢(占氢气来源的4％)，这显然未能摆脱原有的化石能源体系。因此， 如何可持续地从自然界中获取氢气尤其受到人们的关注。生物制氢是解决这一问题 的重要途径之一。现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，到90年 代随着对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人 们的重视。生物制氢技术包括光驱动过程和厌氧发酵两条路线：前者利用光合细菌 直接将太阳能转化为氢气，是一个非常理想的过程，但是由于光利用效率很低，光 反应器设计困难等因素，近期内很难推广应用；而后者采用的是产氢菌厌氧发酵， 它的优点是产氢速度快，反应器设计简单，且能够利用可再生资源和废弃有机物进 行生产，相对于前者更容易在短期内实现。

发酵法制氢的研究始于90年代中期，但由于研究小组不多，进展并不大。90年 代末到本世纪初，由于逐步意识到发酵制氢具有在近期内实现产业化的潜力，在暗 发酵制氢方面的科研投入也大大增加。大量的微生物具有不同程度的产氢能力，因 此利用发酵产氢微生物将葡萄糖等生物质转化为氢气，在技术本身没有问题，而一 直困扰其应用的是制氢过程经济性的问题，即如何降低发酵制氢的成本，使之可以 和化石能源催化重整制氢的经济性相比拟，或者使之可以与其他生物能源(生物制 甲烷、燃料酒精、生物柴油)相竞争。当前的核心问题是如何提高从葡萄糖到氢气 的转化得率。

发明内容

本发明的目的是提供一种产氢工程菌及其应用。

本发明所提供的产氢工程菌，是在氢气产生菌中过量表达与烟酰胺腺嘌呤二核 苷酸再生相关的基因和/或敲除氢气产生菌中消耗烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的代谢路 径实现的。

上述工程菌中，所述与烟酰胺腺嘌呤二核苷酸再生相关的基因包括甲酸脱氢酶 基因。所述甲酸脱氢酶基因的脱氧核糖核苷酸序列如GenBank AJ011046所示，其 编码的蛋白的氨基酸序列如GenBank CAA09466所示。