沼氣發(fā)酵微生物代謝調控技術研究

【摘要】： 因纖維素的異質性和結構的特殊性,以纖維素為原料進行沼氣發(fā)酵存在啟動期長、產氣率低、發(fā)酵不穩(wěn)定等問題。從微生物代謝調控的角度出發(fā),研究纖維素厭氧分解菌和篩選促進纖維素降解產甲烷的刺激因子,為沼氣發(fā)酵菌劑的研制打下理論基礎,對實現沼氣發(fā)酵從自然發(fā)酵到可控性發(fā)酵具有重要意義。 獲得成果:(1)采用Hungate厭氧操作技術,從不同生境中分離獲得7株中溫厭氧纖維素降解菌,分別屬于梭菌屬的5個種。通過生理生化特性及系統(tǒng)發(fā)育學分析,將分離自泥炭的菌株P4-3初步鑒定為Clostridium cellulolyticum新株。菌株P4-3具有較高的纖維素酶活性,以濾紙為底物培養(yǎng)5天,濾紙酶、CMCase酶和β-葡萄糖苷酶活力分別為86.25 U/mg protein、20.04 U/mg protein和18.39 U/mg protein,以微晶纖維素為唯一碳源培養(yǎng)72 h,微晶纖維素酶活力為170.1 U/mg protein。(2)獲得4種對降解纖維素產甲烷具有顯著調節(jié)作用的刺激因子,并對其中3種進行組配(Ⅴ類刺激因子)。實驗結果表明,穩(wěn)定產甲烷階段,Ⅰ類刺激因子ⅠA、ⅠB和ⅠC的甲烷含量分別為60.9%-71.9%,63.6%- 78.0%,63.0%-71.1%,高于對照組的58.3%-65.7%;產氣量平均提高10%以上,,乙酸濃度平均提高2倍左右,纖維素失重率分別為93.33%、95.33%和95.56%,平均提高4%左右,ⅠC在發(fā)酵后期對降解丙酸具有顯著促進作用。刺激因子ⅢA可在發(fā)酵前、中期促進丙酸降解。組合實驗組ⅤA、ⅤB和ⅤC產氣量分別提高18.2%,21.6%和28.6%,乙酸濃度提高2.5倍左右,ⅤC發(fā)酵末期可促進丙酸降解,組合成分ⅠB和ⅠC對纖維素降解和產甲烷代謝具有協(xié)同作用。不同刺激因子對微生物群落結構的組成和豐度影響顯著,同一刺激因子不同培養(yǎng)時間的微生物群落結構變化明顯。 【關鍵詞】：沼氣發(fā)酵 代謝調控 厭氧纖維素降解菌 刺激因子 DGGE
【學位授予單位】：中國農業(yè)科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-20
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究的目的和意義10-11
• 1.3 國內外研究現狀11-19
• 1.3.1 厭氧纖維素菌 Clostridium cellulolyticum 的研究進展11-16
• 1.3.2 厭氧降解纖維素產甲烷刺激因子的研究進展16-19
• 1.4 研究內容與主要技術路線19-20
• 1.4.1 研究內容19
• 1.4.2 主要技術路線19-20
• 第二章 厭氧纖維素降解菌的分離鑒定及酶學研究20-47
• 2.1 實驗材料20
• 2.2 實驗方法20-26
• 2.2.1 實驗裝置20
• 2.2.2 富集培養(yǎng)20-21
• 2.2.3 分離純化21-22
• 2.2.4 厭氧纖維素降解菌形態(tài)學及生理生化特性研究22-23
• 2.2.5 厭氧纖維素降解菌酶學特性23-25
• 2.2.6 16S rDNA序列擴增、測序及系統(tǒng)發(fā)育樹構建25-26
• 2.3 結果與分析26-44
• 2.3.1 富集培養(yǎng)物和分離菌株概述26-27
• 2.3.2 菌株P4-3 的分離、鑒定及系統(tǒng)發(fā)育學分析27-34
• 2.3.3 16S rDNA分析和系統(tǒng)發(fā)育樹構建34
• 2.3.4 菌株P4-3 纖維素酶學特性34-44
• 2.4 結論與討論44-46
• 2.4.1 菌株P4-3 的描述44-45
• 2.4.2 討論45-46
• 2.5 本章小結46-47
• 第三章 降解纖維素產甲烷刺激因子的篩選與復配47-82
• 3.1 菌種來源47
• 3.2 實驗方法47-50
• 3.2.1 刺激因子的選擇47-48
• 3.2.2 培養(yǎng)方法48
• 3.2.3 刺激因子的篩選、濃度選擇和組配48
• 3.2.4 刺激因子對復合菌生理代謝的影響48-49
• 3.2.5 刺激因子對復合菌菌群結構的影響49-50
• 3.3 結果與分析50-78
• 3.3.1 刺激因子的篩選和濃度選擇50-53
• 3.3.2 刺激因子的組配53-56
• 3.3.3 刺激因子對復合菌生理代謝的影響56-72
• 3.3.4 刺激因子對復合菌纖維素降解能力的影響72-74
• 3.3.5 刺激因子對復合菌細菌群落結構的影響74-78
• 3.4 結論與討論78-81
• 3.4.1 結論78-79
• 3.4.2 討論79-81
• 3.5 本章小結81-82
• 第四章 厭氧產氫微生物研究進展82-90
• 4.1 厭氧產氫微生物的種類82-87
• 4.1.1 厭氧發(fā)酵產氫微生物82-87
• 4.1.2 光合產氫微生物87
• 4.2 高效厭氧產氫微生物選育及應用的研究趨勢87-89
• 4.2.1 新菌種的篩選87-88
• 4.2.2 產氫工程菌株改造88-89
• 4.2.3 產氫混合培養(yǎng)物的利用89
• 4.3 總結與展望89-90
• 第五章 研究工作總結及展望90-92
• 5.1 結論90-91
• 5.1.1 不同生境中厭氧纖維素降解菌的分離鑒定、系統(tǒng)發(fā)育學及酶學特性分析90
• 5.1.2 降解纖維素產甲烷刺激因子的篩選與組配90-91
• 5.2 存在的問題91
• 5.3 工作展望91-92
• 參考文獻92-101
• 附錄101-109
• 致謝109-111
• 作者簡歷111

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