沼气发酵微生物代谢调控技术研究

【摘要】： 因纤维素的异质性和结构的特殊性,以纤维素为原料进行沼气发酵存在启动期长、产气率低、发酵不稳定等问题。从微生物代谢调控的角度出发,研究纤维素厌氧分解菌和筛选促进纤维素降解产甲烷的刺激因子,为沼气发酵菌剂的研制打下理论基础,对实现沼气发酵从自然发酵到可控性发酵具有重要意义。 获得成果:(1)采用Hungate厌氧操作技术,从不同生境中分离获得7株中温厌氧纤维素降解菌,分别属于梭菌属的5个种。通过生理生化特性及系统发育学分析,将分离自泥炭的菌株P4-3初步鉴定为Clostridium cellulolyticum新株。菌株P4-3具有较高的纤维素酶活性,以滤纸为底物培养5天,滤纸酶、CMCase酶和β-葡萄糖苷酶活力分别为86.25 U/mg protein、20.04 U/mg protein和18.39 U/mg protein,以微晶纤维素为唯一碳源培养72 h,微晶纤维素酶活力为170.1 U/mg protein。(2)获得4种对降解纤维素产甲烷具有显著调节作用的刺激因子,并对其中3种进行组配(Ⅴ类刺激因子)。实验结果表明,稳定产甲烷阶段,Ⅰ类刺激因子ⅠA、ⅠB和ⅠC的甲烷含量分别为60.9%-71.9%,63.6%- 78.0%,63.0%-71.1%,高于对照组的58.3%-65.7%;产气量平均提高10%以上,,乙酸浓度平均提高2倍左右,纤维素失重率分别为93.33%、95.33%和95.56%,平均提高4%左右,ⅠC在发酵后期对降解丙酸具有显著促进作用。刺激因子ⅢA可在发酵前、中期促进丙酸降解。组合实验组ⅤA、ⅤB和ⅤC产气量分别提高18.2%,21.6%和28.6%,乙酸浓度提高2.5倍左右,ⅤC发酵末期可促进丙酸降解,组合成分ⅠB和ⅠC对纤维素降解和产甲烷代谢具有协同作用。不同刺激因子对微生物群落结构的组成和丰度影响显著,同一刺激因子不同培养时间的微生物群落结构变化明显。 【关键词】：沼气发酵 代谢调控 厌氧纤维素降解菌 刺激因子 DGGE
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-20
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究的目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-19
• 1.3.1 厌氧纤维素菌 Clostridium cellulolyticum 的研究进展11-16
• 1.3.2 厌氧降解纤维素产甲烷刺激因子的研究进展16-19
• 1.4 研究内容与主要技术路线19-20
• 1.4.1 研究内容19
• 1.4.2 主要技术路线19-20
• 第二章 厌氧纤维素降解菌的分离鉴定及酶学研究20-47
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验方法20-26
• 2.2.1 实验装置20
• 2.2.2 富集培养20-21
• 2.2.3 分离纯化21-22
• 2.2.4 厌氧纤维素降解菌形态学及生理生化特性研究22-23
• 2.2.5 厌氧纤维素降解菌酶学特性23-25
• 2.2.6 16S rDNA序列扩增、测序及系统发育树构建25-26
• 2.3 结果与分析26-44
• 2.3.1 富集培养物和分离菌株概述26-27
• 2.3.2 菌株P4-3 的分离、鉴定及系统发育学分析27-34
• 2.3.3 16S rDNA分析和系统发育树构建34
• 2.3.4 菌株P4-3 纤维素酶学特性34-44
• 2.4 结论与讨论44-46
• 2.4.1 菌株P4-3 的描述44-45
• 2.4.2 讨论45-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第三章 降解纤维素产甲烷刺激因子的筛选与复配47-82
• 3.1 菌种来源47
• 3.2 实验方法47-50
• 3.2.1 刺激因子的选择47-48
• 3.2.2 培养方法48
• 3.2.3 刺激因子的筛选、浓度选择和组配48
• 3.2.4 刺激因子对复合菌生理代谢的影响48-49
• 3.2.5 刺激因子对复合菌菌群结构的影响49-50
• 3.3 结果与分析50-78
• 3.3.1 刺激因子的筛选和浓度选择50-53
• 3.3.2 刺激因子的组配53-56
• 3.3.3 刺激因子对复合菌生理代谢的影响56-72
• 3.3.4 刺激因子对复合菌纤维素降解能力的影响72-74
• 3.3.5 刺激因子对复合菌细菌群落结构的影响74-78
• 3.4 结论与讨论78-81
• 3.4.1 结论78-79
• 3.4.2 讨论79-81
• 3.5 本章小结81-82
• 第四章 厌氧产氢微生物研究进展82-90
• 4.1 厌氧产氢微生物的种类82-87
• 4.1.1 厌氧发酵产氢微生物82-87
• 4.1.2 光合产氢微生物87
• 4.2 高效厌氧产氢微生物选育及应用的研究趋势87-89
• 4.2.1 新菌种的筛选87-88
• 4.2.2 产氢工程菌株改造88-89
• 4.2.3 产氢混合培养物的利用89
• 4.3 总结与展望89-90
• 第五章 研究工作总结及展望90-92
• 5.1 结论90-91
• 5.1.1 不同生境中厌氧纤维素降解菌的分离鉴定、系统发育学及酶学特性分析90
• 5.1.2 降解纤维素产甲烷刺激因子的筛选与组配90-91
• 5.2 存在的问题91
• 5.3 工作展望91-92
• 参考文献92-101
• 附录101-109
• 致谢109-111
• 作者简历111

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