A Metabolic Study of Biohydrogen-Producing Photosynthetic Bacteria: The Effects on Growth Rates of Rhodobacter capsu¬latus JP91 Hup- and Rhodopseudomonas palustris when Acetate is replaced by Glucose as the Primary Carbon Source

Mikaela Preston

Abstract


The study of photosynthetic purple non-sulfur bac­teria (PNSB) is a relatively new and encouraging field of biofuel research. These bacteria metabo­lize organic acids and, though less efficiently, sug­ars into hydrogen – a high-energy fuel source. If the efficiency of glucose-to-hydrogen conversion could be increased, many waste products could be directly converted into fuel. This project inves­tigated relative growth performance of strains of PNSB when glucose replaced sodium acetate as the primary carbon source. The potential benefit of increased genetic diversity of mixed cultures was also explored. The growth rates of two bio­reactors each containing Rhodobacter capsu­latus JP91 Hup- were compared to those of two bioreactors populated with a consortium of PNSB (R. capsulatus JP91 Hup- and two strains of Rho­dopseudomonas palustris). The bacterial cul­tures were grown anaerobically in constant flow photobioreactors. Growth rates were determined by measuring changes in biodensity. There was no significant difference in growth rates between monocultures and mixed cultures. However, the growth rates of bacteria on glucose were gener­ally equal to or greater than those on acetate. This result suggests that further study of metabolic patterns of PNSB presented with various carbon sources may prove useful in exploring the viabil­ity of single-stage conversion of waste sugars into biohydrogen fuel.

L’étude de bactéries pourpres non sulfureuses (BPNS) est relativement nouvelle et un domaine prometteur à l’égard de la recherche sur les bio­carburants. Ces bactéries métabolisent les acides organiques et, bien que de façon moins efficaces, métabolisent aussi les sucres à l’hydrogène – une source de carburant à haute énergie. Si l’efficacité de la conversion de glucose à hydrogène pouvait être augmentée, de nombreux déchets organiques pourraient être directement convertis en carburant. Ce projet a étudié le rendement de croissance relative des souches de BPNS lorsque le glucose fut remplacé par de l'acétate de sodium comme source de carbone primaire. L'avantage potentiel de l'augmentation de la diversité génétique de cul­tures mixtes a également été examiné. Le taux de croissance des deux bioréacteurs contenant cha­cun Rhodobacter capsulatus JP91 Hup- ont été comparées à deux bioréacteurs peuplés avec un consortium de BPNS (R. capsulatus JP91 Hup-et deux souches de Rhodopseudomonas palus­tris). Les cultures bactériennes ont été cultivées anaérobiquement dans des photobioréacteurs à débit constant. Les taux de croissance ont été dé­terminés en mesurant la variation de biodensité. Il n'y avait pas de différence significative dans le taux de croissance entre les monocultures et les cultures mixtes. Cependant, le taux de croissance avec le glucose était généralement égale ou su­périeure comparé à l’acétate. Ce résultat suggère que d'autres études du profils métaboliques de PNSB avec diverses sources de carbones peuvent s’avérer utiles dans l'exploration de la viabilité de la conversion à étape simple de déchets orga­niques détenant du sucre en biohydrogène.


Keywords


Anaerobic; waste; glucose; purple non-sulfur; bacteria; biofuel

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DOI: https://doi.org/10.13034/cysj-2014-007

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