微生物降解水稻秸稈及沼氣發(fā)酵的研究

【摘要】： 我國的纖維素資源非常豐富,僅農(nóng)作物秸稈,每年產(chǎn)量就達(dá)7億多噸。我國三大秸稈中玉米秸占(35%)、小麥秸占(21%)、稻草占(19%)。除少量用于造紙、建筑、紡織等行業(yè),或用作粗飼料、薪柴外,大部分秸稈未被有效利用而白白爛掉或燒掉,甚至還造成環(huán)境污染。充分、合理、有效地利用農(nóng)作物秸稈資源,有益于生態(tài)環(huán)境的改善和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。 在可再生物質(zhì)能中,CO_2和H_2O通過光合作用固定在農(nóng)作物秸稈中的碳?xì)浠衔铩w維素被認(rèn)為是發(fā)展生物質(zhì)能最廉價的原料。但由于秸桿纖維素中碳?xì)浔冗^低導(dǎo)致秸稈中能源密度較低,不能像化石燃料一樣直接用于體現(xiàn)現(xiàn)代文明的運輸工具和經(jīng)濟活動。通過生物和化學(xué)的方法將秸稈中纖維素降解并產(chǎn)生五碳糖、六碳糖、甲醇、己醇、CO_2、甲烷、氫氣等低分子化合物,就能夠提高碳?xì)浔炔⒃黾幽茉疵芏取? 在玉米秸、小麥秸和稻草三大秸稈中,稻草中富含蠟質(zhì)且纖維素聚合度更高,比玉米秸稈和小麥秸稈更難被降解。本文就降解水稻秸稈的相關(guān)微生物菌株的篩選和育種、甲烷菌的篩選及沼氣發(fā)酵等方面進(jìn)行相關(guān)研究,主要包括3個方面的內(nèi)容: (1)降解水稻秸稈的好氧性絲狀真菌菌株的篩選、育種和初步鑒定。從湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗田和牛奶場腐爛稻草秸稈中分離篩選到7株可降解玉米和稻草秸稈的微生物菌株,它們的編號分別為:3號、5號、20號、22號、23號、48號、59號,其中以22號、59號降解秸稈纖維素能力較強;23號、48號降解秸稈半纖維素能力較強。 通過對所選項菌株的菌落形態(tài)特征、個體形態(tài)特征的觀察并結(jié)合《真菌鑒定手冊》進(jìn)行鑒定,所選優(yōu)勢菌株鑒定結(jié)果如下:22號菌株屬半知菌類叢梗孢目叢梗孢科單胞亞科卵形孢族卵形孢屬梨卵形孢組;59號菌株屬菌株屬半知菌類叢梗孢目叢梗孢科單胞亞科卵形孢族卵形孢屬梨卵形孢組;23號菌株屬藻菌綱毛霉目毛霉科毛霉屬總狀枝毛霉組;48號菌株屬半知菌類叢梗孢目叢梗孢科曲霉族曲霉屬煙色曲霉組。 (2)初篩好氧性絲狀真菌菌株的細(xì)胞融合育種及融合子菌株和發(fā)酵條件優(yōu)化。將初篩菌株22號和48號經(jīng)過紫外線誘變和原生質(zhì)體融合,得到遺傳穩(wěn)定性較強的5株融合子菌株,分別編號為:22481～22485號。其中22483號菌株產(chǎn)葡萄糖有明顯提高,其發(fā)酵醪液中葡萄糖含量達(dá)到0.7712mg/mL,而其產(chǎn)木糖的能力基本與48號菌株接近,其發(fā)酵醪液中木糖含量達(dá)到0.0902mg/mL。經(jīng)發(fā)酵條件優(yōu)化后,在30℃、108h發(fā)酵時間、加入0.5%硫酸銨、0.3%氯化鈷,其發(fā)酵醪液中葡萄糖含量達(dá)到2.2712mg/mL。 (3)降解水稻秸稈的厭氧性菌株和甲烷菌的篩選、鑒定及其沼氣發(fā)酵的研究。從沼氣渣滓和下水道污泥中分離篩選到13株可降解稻草秸稈產(chǎn)生甲酸、乙酸、丁酸、乙醇、CO2及甲烷的厭氧性細(xì)菌菌株,將它們的分別編號為:1～13號。 通過對所選厭氧性細(xì)菌菌株的菌落形態(tài)特征、個體形態(tài)特征的觀察及生化試驗結(jié)果并結(jié)合《伯杰氏鑒定手冊》進(jìn)行鑒定,所選厭氧性細(xì)菌菌株鑒定結(jié)果如下:1號菌株屬芽孢桿菌梭菌屬中生孢子明膠不水解群未知種;3號菌株屬芽孢桿菌梭菌屬端生孢子明膠水解群未知種;12號菌株屬芽孢桿菌梭菌屬端生孢子明膠水解群生孢梭菌;8號菌株屬芽孢桿菌梭菌屬次端生孢子有特殊生長要求群熱纖梭菌種;6號芽孢桿菌梭菌屬端生孢子有特殊生長要求群克氏菌種;7號芽孢桿菌梭菌屬端生孢子明膠水解群腐化梭菌。4號菌株屬甲烷菌科甲烷桿菌屬甲酸甲烷桿菌;5號菌株屬甲烷菌科甲烷桿菌屬索氏甲烷桿菌;8號菌株屬甲烷菌科甲烷桿菌屬反芻甲烷桿菌;2號菌株屬甲烷菌科甲烷桿菌屬熱自養(yǎng)甲烷桿菌;10號菌株屬甲烷菌科甲烷球菌屬馬氏甲烷球菌。 本試驗將所選降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌菌株和甲烷菌菌株制備成發(fā)酵劑,并將這些發(fā)酵劑按適當(dāng)比例配合進(jìn)行了發(fā)酵秸稈產(chǎn)沼氣試驗。此混合發(fā)酵劑在氣溫低于20℃時可正常發(fā)酵產(chǎn)沼氣,并在發(fā)酵第3天即開始產(chǎn)沼氣并能燃燒,第5天所產(chǎn)沼氣燃燒時間最長,第15天后所產(chǎn)沼氣較小無法正常燃燒。 【關(guān)鍵詞】：水稻秸稈 絲狀真菌 細(xì)胞融合 厭氧芽孢梭菌 甲烷菌
【學(xué)位授予單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：S216.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第一章 緒論16-24
• 前言16
• 1 水稻秸稈的的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)16-18
• 2 水稻秸稈綜合利用的研究現(xiàn)狀18-19
• 2.1 國外對水稻秸稈綜合利用的研究現(xiàn)狀18
• 2.2 我國對水稻秸稈綜合利用的研究現(xiàn)狀18-19
• 3 水稻秸稈綜合利用所面臨的技術(shù)問題19-20
• 3.1 微生物降解水稻秸稈所面臨的技術(shù)問題19
• 3.2 利用水稻秸稈生產(chǎn)沼氣所面臨的技術(shù)問題19-20
• 4 水稻秸稈微生物降解機制20-21
• 5 研究目的與意義21-23
• 5.1 微生物降解水稻秸桿的研究目的21
• 5.2 微生物降解水稻秸桿的研究意義21-23
• 5.2.1 緩解糧食和能源危機21-22
• 5.2.2 減輕環(huán)境污染22
• 5.2.3 推動農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)22-23
• 5.2.4 增加農(nóng)民收入并促進(jìn)我國能源產(chǎn)業(yè)布局結(jié)構(gòu)的調(diào)整23
• 6 本文研究內(nèi)容23-24
• 第二章 降解水稻秸稈的好氧性絲狀真菌菌株的分離篩選與初步鑒定24-38
• 引言24-25
• 1 試驗材料與方法25-31
• 1.1 試驗材料25-28
• 1.1.1 菌株分離材料(分離源)25
• 1.1.2 培養(yǎng)基25-26
• 1.1.3 主要藥品與試劑26-27
• 1.1.4 主要儀器設(shè)備27
• 1.1.5 主要試劑配制27-28
• 1.2 試驗方法28-31
• 1.2.1 菌種的分離與純化方法28
• 1.2.2 菌源的采集及增殖28
• 1.2.3 菌株的分離純化28
• 1.2.4 被選菌株的初步鑒定方法28
• 1.2.5 菌株菌落特征和個體形態(tài)特征的觀察方法28-29
• 1.2.6 菌株的初篩方法29
• 1.2.7 菌株降解水稻秸稈能力的測定方法29-31
• 2 結(jié)果與分析31-36
• 2.1 初篩菌株菌落特征和個體形態(tài)特征31-33
• 2.2 初篩菌株的初步鑒定結(jié)果33-34
• 2.3 初篩菌株降解稻草能力的測定結(jié)果34-36
• 2.3.1 初篩菌株降解稻草秸稈纖維素、半纖維素能力測定結(jié)果34
• 2.3.2 初篩菌株發(fā)酵稻草秸稈醪液中述原糖含量的測定結(jié)果34-35
• 2.3.3 初篩菌株發(fā)酵稻章秸稈醪液中木糖含量的測定結(jié)果35-36
• 3 本章小結(jié)36-38
• 第三章 被選真菌菌株原生質(zhì)體融合育種及降解水稻秸稈條件的優(yōu)化研究38-53
• 引言38-39
• 1 料試驗材與方法39-43
• 1.1 試驗材料39-41
• 1.1.1 出發(fā)菌株39
• 1.1.2 主要培養(yǎng)基39
• 1.1.3 主要藥品39-40
• 1.1.4 主要試劑40
• 1.1.5 主要儀器設(shè)備40-41
• 1.2 真菌菌株的原生質(zhì)體融合優(yōu)化方法41-42
• 1.2.1 真菌菌株的原生質(zhì)體融合優(yōu)化流程41
• 1.2.2 親本菌株菌絲體的培養(yǎng)與收集41
• 1.2.3 菌絲體酶解去壁41
• 1.2.4 原生質(zhì)體的收集41
• 1.2.5 原生質(zhì)體的紫外線誘變41
• 1.2.6 原生質(zhì)體的融合41-42
• 1.2.7 原生質(zhì)體的再生和融合子菌株的篩選42
• 1.2.8 篩選融合子菌株的遺傳穩(wěn)定性鑒定42
• 1.2.9 融合子菌株的發(fā)酵試驗42
• 1.3 被選真菌黃株原生質(zhì)體融合條件的優(yōu)化試驗42-43
• 1.3.1 菌絲體最佳破壁菌齡的選擇試驗42
• 1.3.2 高滲溶液濃度對融合子形成的試驗42-43
• 1.3.3 原生質(zhì)體最佳紫外線誘變時間的試驗43
• 1.4 被選融合子菌株降解水稻秸稈條件的優(yōu)化試驗43
• 1.4.1 正交試驗確定被選融合子菌株糖化降解稻草秸稈的最佳條件43
• 2 結(jié)果與分析43-51
• 2.1 被選真菌菌株原生質(zhì)體融合條件的優(yōu)化試驗結(jié)果43-48
• 2.1.1 被選菌株最佳破壁菌齡的原生質(zhì)體形成率的試驗結(jié)果43-44
• 2.1.2 高滲溶液濃度對融合子形成的試驗結(jié)果44-45
• 2.1.3 原生質(zhì)體最佳紫外線誘變時間的試驗結(jié)果45-47
• 2.1.4 融合子菌株的發(fā)酵試驗結(jié)果47-48
• 2.2 被選融合子菌株降解水稻秸稈發(fā)酵條件的優(yōu)化試驗結(jié)果48-51
• 2.2.1 正交設(shè)計結(jié)果與極差分析48-50
• 2.2.2 方差分析50-51
• 3 本章小結(jié)51-53
• 第四章 降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌和甲烷菌的分離鑒定及其沼氣發(fā)酵的研究53-72
• 引言53-54
• 1 試驗材料與方法54-62
• 1.1 試驗材料54-59
• 1.1.1 菌株分離材料(分離源)54-55
• 1.1.2 培養(yǎng)基55-57
• 1.1.3 主要藥品與試劑57-58
• 1.1.4 主要儀器設(shè)備58-59
• 1.2 試驗方法59-62
• 1.2.1 降解水稻秸桿的厭氧性細(xì)菌和甲烷菌菌源的采集與增殖59
• 1.2.2 降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌菌株的分離純化59
• 1.2.3 甲烷菌菌株的分離純化59-60
• 1.2.4 降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌菌落特征和個體形態(tài)特征觀察方法60
• 1.2.5 甲烷菌菌落特征和個體形態(tài)特征觀察方法60
• 1.2.6 降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌菌株的鑒定方法60-61
• 1.2.7 甲烷菌的鑒定方法61
• 1.2.8 被選菌株的初篩方法61-62
• 1.2.9 被選降解水稻秸桿的厭氧性細(xì)菌與甲烷菌混合發(fā)酵水稻秸桿產(chǎn)甲烷試驗62
• 2 結(jié)果與分析62-70
• 2.1 被選降解水稻秸稈厭氧性細(xì)菌菌株的菌落特征和個體形態(tài)特征62-64
• 2.2 被選甲烷菌菌株的菌落特征和個體形態(tài)特征64-66
• 2.3 被選降解水稻秸稈厭氧性細(xì)菌菌株的生化試驗鑒定結(jié)果66
• 2.4 被選降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌菌株的初步鑒定結(jié)果分析66-67
• 2.5 被選甲烷菌菌株在不同培養(yǎng)基的生長情況67
• 2.6 被選產(chǎn)甲烷菌菌株的初步鑒定結(jié)果分析67-68
• 2.7 利用被選降解水稻秸稈厭氧性細(xì)菌與被選甲烷菌發(fā)酵劑混合發(fā)酵秸桿產(chǎn)甲烷試驗結(jié)果68-69
• 2.8 常溫下發(fā)酵產(chǎn)氣計量試驗結(jié)果69-70
• 2.9 低溫下混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣燃燒試驗結(jié)果70
• 3 本章小結(jié)70-72
• 第五章 結(jié)論72-75
• 1 降解水稻秸稈的絲狀真菌菌株的分離、篩選及鑒定72
• 2 降解水稻秸稈的絲狀真菌菌株及水稻秸稈降解發(fā)酵條件的優(yōu)化72-73
• 3 降解水稻秸稈的厭氧性細(xì)菌和甲烷菌菌株的分離鑒定及沼氣發(fā)酵73-75
• 成果展望與創(chuàng)新點75-76
• 1 成果展望75
• 2 創(chuàng)新點75-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 致謝79
• 作者簡歷79
• 在讀期間發(fā)表論文目錄79

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復(fù)合菌系XDC-2分解未經(jīng)化學(xué)處理的水稻秸稈    王慧;劉小平;郭鵬;高瑞芳;王小芬;崔宗均;

An110p在絲狀真菌活細(xì)胞中的定位和功能    陳培英;陳紹椿;李品;陸玲;

菌落PCR技術(shù)快速鑒別絲狀真菌的實驗研究    張曉利;王淼淼;呂雪蓮;葛一平;劉維達(dá);

細(xì)胞融合 蛋白是關(guān)鍵    EVOLVE 譯

興化10萬畝水稻秸稈旋耕還田    記者 王庭君

細(xì)胞融合詳細(xì)過程終于被破解    記者　 田學(xué)科

以 分離出導(dǎo)致細(xì)胞融合的基因    田學(xué)科

日又現(xiàn)500余頭疑似“輻射?！绷魃?nbsp;   

細(xì)胞融合育種    曉華

毛集實驗區(qū)2萬畝水稻秸稈成了搶手貨    李長政

水稻秸稈機械全量還田小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)    江都市作栽站

顯微鏡下上演細(xì)胞融合    本報記者　 周清春 劉莉

炎癥可使造血干細(xì)胞與神經(jīng)元融合    高博

病原性絲狀真菌快速診斷和鑒定的實驗研究    張曉利

水稻秸稈降解放線菌的分離鑒定及其降解機理研究    徐杰

深海沉積物細(xì)菌和絲狀真菌的基因組學(xué)研究    秦啟龍

副粘病毒F蛋白特異性膜融合功能的研究    任桂杰

胚胎干細(xì)胞重新編程腫瘤細(xì)胞的研究    姚嘉宜

作物秸稈的微生物降解研究    劉保平

融合微藻Tetraselmis sp.-1的鑒定、培養(yǎng)及動力學(xué)研究    沈繼紅

枯草芽孢桿菌B53的分離鑒定及產(chǎn)聚γ-谷氨酸的研究    惠明

一種基于MEMS和細(xì)胞電場效應(yīng)的細(xì)胞融合方法的研究    趙志強

CpG ODN加強樹突狀細(xì)胞疫苗抗卵巢癌的研究    吳富菊

苜蓿與百脈根細(xì)胞融合的研究    安驥飛

DC-白血病細(xì)胞融合及白血病細(xì)胞凍融抗原負(fù)載DC誘導(dǎo)特異性T細(xì)胞應(yīng)答的比較    盛立霞

強化表面活性劑投加體系中蒽降解菌活性的研究    趙磊

豬瘟病毒單克隆抗體的制備及其免疫組織化學(xué)鑒定    楊坡

羊促乳素單克隆抗體的制備和鑒定    于秋麗

三個畜禽品種成纖維細(xì)胞庫構(gòu)建及其生物學(xué)特性研究    李晗

單核細(xì)胞增生性李斯特桿菌單克隆抗體的制備    孫會芳

紫花苜蓿和白花草木樨細(xì)胞融合技術(shù)研究    賀輝

微電極芯片融合技術(shù)選育表面活性劑高產(chǎn)菌株的研究    姜志忠

介電泳研究細(xì)胞介電響應(yīng)規(guī)律、分離及重金屬毒作用機理    韓萍