การคัดเลือกสาหร่ายสีเขียวเซลล์เดียวที่ผลิตไฮโดรเจนในปริมาณสูง ภายใต้สภาวะที่มีอากาศ

Screening of high hydrogen-producing unicellular green algae under aerobic condition

Name: กชพร เสรีตระกูล

ThaSH: สาหร่ายสีเขียว

ThaSH: ไฮโดรเจน -- การผลิต

LCSH: Green algae

Abstract: ในปัจจุบัน การผลิตไฮโดรเจนจากสาหร่ายกำลังเป็นที่ได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากสาหร่ายสีเขียวมีความสามารถในการดูดซับพลังงานแสงซึ่งมีอยู่อย่างไม่จำกัดมาใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสง การผลิตไฮโดรเจนจากสาหร่ายสีเขียวอาศัยการเร่งปฏิกิริยาการทำงานของเอนไซม์ไฮโดรจีเนสชนิดที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ อิเล็กตรอนซึ่งเป็นซับสเตรตชนิดหนึ่งสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสามารถผลิตมาจากปฏิกิริยาแสงของกระบวนการสังเคราะห์แสงหรือจากการสลายแป้ง อย่างไรก็ตาม เอนไซม์ไฮโดรจีเนสของสาหร่ายมีความไวต่อออกซิเจนที่เป็นผลิตภัณฑ์หลักของกระบวนการสังเคราะห์แสง ในงานวิจัยนี้ เริ่มต้นจากการคัดเลือกสาหร่ายสีเขียวเบื้องต้นจากจำนวน 24 สายพันธุ์ เพื่อหาสาหร่ายที่มีศักยภาพในการผลิตไฮโดรเจนสูงภายใต้สภาวะที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนในระดับต่างๆ ผลการทดลองพบว่าสาหร่ายสีเขียว 5 สายพันธุ์ ได้แก่ Chlamydomonas reinhardtii CC-124, Chlamydomonas reinhardtii CC-125, Chlorella sp. 2SinS4, Scenedesmus obliquus TISTR 8546 และ Tetraspora sp. CU2551 สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ในปริมาณสูงภายใต้สภาวะที่มีความเข้มข้นของออกซิเจนสูง ในบรรดา 5 สายพันธุ์นี้ สาหร่าย S. obliquus TISTR 8546 และ C. reinhardtii CC-125 มีปริมาณการผลิตไฮโดรเจนสูงและมีค่ากิจกรรมของเอนไซม์ไฮโดรจีเนสที่ทนต่อออกซิเจนสูง โดยมีค่า O2I50 เท่ากับ 15.93 ± 0.24 และ 15.09 ± 0.33 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ นอกจากนี้ ยังพบว่า อายุเซลล์ ความหนาแน่นของเซลล์ และการขาดธาตุอาหารในอาหารเพาะเลี้ยง มีบทบาทสำคัญต่อการผลิตไฮโดรเจนของสาหร่ายทั้ง 2 สายพันธุ์ภายใต้การบ่มเซลล์ในอากาศปกติ สาหร่าย S. obliquus TISTR 8546 และ C. reinhardtii CC-125 ที่อายุเซลล์ 36 ชั่วโมงและมีความหนาแน่นของเซลล์จากการวัดค่าการดูดกลืนแสงที่ 750 นาโนเมตรเท่ากับ 0.8 มีอัตราการผลิตไฮโดรเจนสูงสุด การขาดซัลเฟอร์ในอาหารจะส่งเสริมอัตราการผลิตไฮโดรเจนและกิจกรรมของเอนไซม์ไฮโดรจีเนสในสาหร่าย C. reinhardtii CC-125 ส่วนการขาดโพแทสเซียมในอาหารจะส่งเสริมอัตราการผลิตไฮโดรเจนและกิจกรรมของเอนไซม์ไฮโดรจีเนสในสาหร่าย S. obliquus TISTR 8546 การขาดโพแทสเซียมจะลดปริมาณของออกซิเจนในสาหร่าย S. obliquus TISTR 8546 โดยการลดอัตราการสังเคราะห์แสงและเพิ่มอัตราการหายใจในที่มืด นอกจากนี้ การขาดโพแทสเซียมยังเหนี่ยวนำให้สาหร่ายสลายแป้งที่สะสมภายในเซลล์ ทำให้ได้รับปริมาณอิเล็กตรอนสูงสำหรับนำไปใช้ผลิตไฮโดรเจน ภายใต้สภาวะการบ่มเซลล์ในอากาศปกติ สาหร่าย S. obliquus TISTR 8546 ให้ปริมาณการผลิตไฮโดรเจนสูงสุด เมื่อบ่มเซลล์ในอาหาร TAP (พีเอช 7.2) ที่ขาดโพแทสเซียมและมีกรดอะซิติกความเข้มข้น 17.4 มิลลิโมลาร์ ภายใต้การให้แสงแบบต่อเนื่องที่ความเข้มแสง 30 ไมโครโมลโฟตอนต่อตารางเมตรต่อวินาที ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ การเติมสารให้อิเล็กตรอน ได้แก่ กรดแอสคอร์บิก ซิสเทอีน โซเดียมไดไธโอไนต์ และกรดออกซาลิก สามารถกระตุ้นการผลิตไฮโดรเจนในสาหร่าย S. obliquus TISTR 8546 โดยพบว่าสาหร่ายมีปริมาณการผลิตไฮโดรเจนสูงสุดเท่ากับ 1,153.783 ± 52.651 ไมโครโมลไฮโดรเจนต่อมิลลิกรัมคลอโรฟิลล์ เมื่อบ่มเซลล์ในอาหาร TAP ที่ขาดโพแทสเซียมที่เติมซิสเทอีนที่ความเข้มข้น 0.1 มิลลิโมลาร์ ภายใต้การบ่มแบบมีออกซิเจนในบรรยากาศในชั่วโมงที่ 144

Abstract: Nowadays, much attention has been paid to investigate H2 production by green algae due to the ability of absorbing the unlimited solar energy as an energy source for photosynthesis. H2 production by green algae is catalyzed by an activity of iron hydrogenase. The electrons, one of substrate for H2 production, can be obtained either from a light reaction of photosynthetic pathway or from a starch degradation. However, hydrogenase of green algae is sensitive to O2 which is a main photosynthetic product. In this study, the primary screening of high H2 producing green algae under various O2 concentrations was investigated from twenty-four unicellular green algal strains. Five strains of green algae, Chlamydomonas reinhardtii CC-124, Chlamydomonas reinhardtii CC-125, Chlorella sp. 2SinS4, Scenedesmus obliquus TISTR 8546 and Tetraspora sp. CU2551 showed high potential for H2 production under high O2 concentrations. Among them, S. obliquus TISTR 8546 and C. reinhardtii CC-125 showed the high H2 production and high O2-tolerant hydrogenase activity with an O2I50 of 15.93 ± 0.24 % and 15.09 ± 0.33 %, respectively. It was found that the cell age, cell density and nutrient deprivation in media played important roles in H2 production by both algal strains under atmospheric air condition. S. obliquus TISTR 8546 and C. reinhardtii CC-125 at a cell age of 36 h with an optical density at 750 nm of 0.8 showed the highest H2 production rate. Sulfur deprivation increased H2 production rate and hydrogenase activity in C. reinhardtii CC-125 whereas potassium deprivation increased H2 production rate and hydrogenase activity in S. obliquus TISTR 8546. Potassium deprivation reduced O2 concentrations in S. obliquus TISTR 8546 by decreasing a photosynthetic rate and increasing a dark respiration rate. Moreover, potassium deprivation could induce an intracellular starch degradation resulting in receiving a lot of electrons for H2 production. Under atmospheric air, S. obliquus TISTR 8546 gave the highest H2 production when incubated in potassium-deprived TAP (pH 7.2) medium containing 17.4 mM acetic acid under a continuous light with 30 μmol photon m-2 s-1 at 30 oC. The reducing agents, ascorbic acid, cysteine, sodium dithionite and oxalic acid, were found to promote H2 production in S. obliquus TISTR 8546. The maximum H2 production of 1,153.783 ± 52.651 μmolH2 mg chl-1 was found in S. obliquus TISTR 8546 in cells incubated in potassium-deprived TAP with an addition of 0.1 mM cysteine at 144 h of aerobic incubation.

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: Lifelong@kmitl.ac.th

Name: สรัญญา พันธุ์พฤกษ์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์

Email : saranya.ph@kmitl.ac.th

Created: 2564

Modified: 2564-12-04

Issued: 2564-12-04

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: เทคโนโลยีชีวภาพ

Grantor: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

©copyrights สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Fulltext Kodchaporn Sereetrakul.pdf	2.36 MB	7	2023-01-09 13:11:00

ใช้เวลา

0.026572 วินาที