纤维素降解菌的筛选及其在秸秆干发酵产沼气中的应用

【摘要】：秸秆是最丰富的可再生资源,其主要成分为木质纤维素。本实验从田间腐朽的秸秆及土壤中分离纯化出能有效降解秸秆中木质纤维素的纤维素降解菌J33,对其进行生理生化特征的鉴定及分子鉴定,初步对该菌株产纤维素酶的酶学性质进行研究,并运用到秸秆干发酵产沼气的实验中,对秸秆干发酵产沼气工艺条件进行优化及初步了解沼渣的造肥效果。实验结果如下: 1、本研究基于获得高效纤维素降解菌为目的,以羧甲基纤维素钠固体培养基为初筛培养基,从腐木中分离获得一株具有较强纤维素降解能力的菌株,命名为J33。根据菌株形态学、理化性质以及16S rDNA序列分析的鉴定结果表明,J33菌株为短小芽孢草杆菌属(Bacillus pumilus)。 2、菌株J33所产纤维素酶中内切葡聚糖酶(Cx)酶活最高。在pH5,温度40℃条件下该酶的酶活最高。菌株J33所产纤维素酶的热稳定性一般,在70℃条件下保温60 min后,酶活力为40℃条件下保温60 min后酶活的28.4%。Mg2+、Ca2+可以明显提高酶活,Na2+、Fe2+、Zn2+、K+等四种金属离子则起到不同程度的抑制作用。 3、本实验利用菌株J33预处理稻草秸秆后进行发酵产气实验,实验结果表明,经过菌株J33预处理的秸秆在发酵20 d后,比自然堆沤处理的秸秆发酵20 d后总产气量提高了26.7%。经过正交试验得到pH7.5,温度33℃,污泥接种量35%,含水率80%为秸秆干发酵产沼气工艺的最佳条件,在此条件下秸秆发酵的产气量提高了21.9%。 4、沼渣与沼液中的营养含量有所不同,在沼液中的粗蛋白含量为0.98%,有机质含量为0.35%,沼渣中蛋白质含量为28%,有机质含量为52%,腐殖酸含量与有机质含量差异不大,而沼渣中的无机养分明显高于沼液中的无机养分。根据沼渣与床土的不同配比,观察青椒秧苗的生长情况和移栽后青椒果实产量情况,结果表明,适量的沼渣作青椒育苗有机肥可以明显提高青椒秧苗的质量,及青椒的产量。与对照组相比,沼渣与床土配比为1:1最适宜,株高增高16.5%,茎杆增粗24.1%,最大叶面积增加7.7%,产量提高9.1%,单果平均增重0.6%。 【关键词】：纤维素降解菌 秸秆 沼气 干发酵 造肥
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-19
• 1.1 秸秆资源综述10-14
• 1.1.1 秸秆的综合利用11-12
• 1.1.2 秸秆预处理方法12-14
• 1.2 纤维素及纤维素酶概述14-16
• 1.2.1 纤维素分子结构14-15
• 1.2.2 纤维素酶的组成15
• 1.2.3 纤维素酶的分子结构15-16
• 1.2.4 纤维素酶的作用机理16
• 1.3 秸秆干发酵技术在国内外发展现状16-17
• 1.3.1 秸秆干发酵技术在国内发展现状16-17
• 1.3.2 秸秆干发酵技术在国外发展现状17
• 1.4 选题背景、目的、意义及预期目标17-19
• 1.4.1 选题背景、目的及意义17
• 1.4.2 实验预期达到的目标17-19
• 第2章 纤维素降解菌的分离鉴定及系统发育学分析19-29
• 2.1 实验材料与仪器19-21
• 2.1.1 实验材料19
• 2.1.2 试验试剂19-20
• 2.1.3 试验仪器20
• 2.1.4 培养基20-21
• 2.2 试验方法21-23
• 2.2.1 菌种的分离纯化21
• 2.2.2 菌株的生长曲线绘制21
• 2.2.3 菌种生理生化鉴定21-23
• 2.2.4 菌株的16S rDNA 基因扩增测序及系统发育树构建23
• 2.3 结果与分析23-28
• 2.3.1 菌种的分离纯化23-24
• 2.3.2 菌株的生长曲线24-25
• 2.3.3 菌株J33 形态特征25-26
• 2.3.4 菌株生理生化特征26-27
• 2.3.5 分子鉴定27-28
• 2.4 小结28-29
• 第3章 纤维素降解菌酶学性质的初步研究29-37
• 3.1 材料与仪器29-30
• 3.1.1 菌种29
• 3.1.2 试验试剂29
• 3.1.3 试验仪器29
• 3.1.4 溶液的配置29-30
• 3.2 试验方法30-33
• 3.2.1 孢子悬浮液的制备30
• 3.2.2 固态发酵30
• 3.2.3 粗酶液的制备30-31
• 3.2.4 葡萄糖标准曲线的绘制31
• 3.2.5 纤维素酶活力的测定31-32
• 3.2.6 pH 对酶活力的影响32
• 3.2.7 温度对酶活力的影响32
• 3.2.8 金属离子对酶活力的影响32
• 3.2.9 酶的热稳定性32-33
• 3.3 结果与分析33-36
• 3.3.1 葡萄糖标准曲线的绘制及回归方程的确定33
• 3.3.2 纤维素酶活力的测定33
• 3.3.3 pH 对酶活性的影响33-34
• 3.3.4 温度对酶活性的影响34-35
• 3.3.5 金属离子对酶活性的影响35-36
• 3.3.6 酶的热稳定性36
• 3.4 小结36-37
• 第4章 秸秆干发酵产沼气工艺条件的优化37-46
• 4.1 材料与仪器37-38
• 4.1.1 材料37-38
• 4.1.2 实验装置38
• 4.2 实验方法38-39
• 4.2.1 秸秆预处理38
• 4.2.2 秸秆中木质纤维素的测定38
• 4.2.3 不同预处理秸秆的产气对比38-39
• 4.2.4 秸秆干发酵产气条件的优化39
• 4.3 结果与分析39-45
• 4.3.1 发酵前后原料中木质纤维素含量的变化39
• 4.3.2 不同预处理秸秆的产气对比39
• 4.3.3 pH 值对沼气产量的影响39-40
• 4.3.4 温度对沼气产量的影响40-41
• 4.3.5 污泥接种量对沼气产量的影响41-42
• 4.3.6 含水率对沼气产量的影响42-43
• 4.3.7 正交试验43-45
• 4.4 小结45-46
• 第5章 沼渣及其造肥效果的初步研究46-52
• 5.1 材料与仪器46-47
• 5.1.1 主要材料46
• 5.1.2 主要试剂46-47
• 5.1.3 主要仪器47
• 5.2 实验方法47-48
• 5.2.1 沼渣的成分分析47
• 5.2.2 沼渣造肥效果47-48
• 5.3 结果与分析48-51
• 5.3.1 沼渣沼液的成分分析48-49
• 5.3.2 沼渣造肥效果49-51
• 5.4 小结51-52
• 第6章 总结与展望52-54
• 6.1 结论52-53
• 6.2 特色与特点53
• 6.3 展望53-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 发表论文题录58

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