【摘要】： 木質(zhì)纖維類物質(zhì)是農(nóng)業(yè)廢棄物兩相厭氧消化過(guò)程中水解階段的主要底物,由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故很難被分解,成為整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的限速步驟。針對(duì)以木質(zhì)纖維素分解產(chǎn)物為產(chǎn)甲烷發(fā)酵的直接底物的復(fù)合菌系的研究,對(duì)木質(zhì)纖維素類廢棄物利用具有重要的應(yīng)用價(jià)值,并可為實(shí)現(xiàn)沼氣生產(chǎn)工業(yè)化打下基礎(chǔ)。 本研究對(duì)已有的分解木質(zhì)纖維素混合培養(yǎng)物進(jìn)行馴化培養(yǎng),得到1組能快速分解纖維素的復(fù)合菌系。該復(fù)合菌系對(duì)纖維素和半纖維素有很高的分解效率,對(duì)木質(zhì)素也有較高的分解能力。復(fù)合菌系在纖維素分解過(guò)程中最適宜的溶氧量為0.05～0.09mg/L,pH的最適范圍在6～8之間。在分批發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中,種子液接種量為10%(V/V),該復(fù)合菌系在50℃靜置培養(yǎng)3 d,可以分解培養(yǎng)基中42.5%的稻草,15d后對(duì)稻草的總降解率可以達(dá)到89%。發(fā)酵過(guò)程中,乙酸是主要液相末端產(chǎn)物,其質(zhì)量濃度在3d時(shí)達(dá)到最大值2.58g/L,此時(shí)液相末端產(chǎn)物總量也達(dá)到最大值2.98g/L。根據(jù)分批發(fā)酵試驗(yàn)的結(jié)果,設(shè)計(jì)一個(gè)分批補(bǔ)料發(fā)酵試驗(yàn)。試驗(yàn)分為5組,即A_1～A_5。每組加入200 mL發(fā)酵培養(yǎng)基,種子液的接種量為10%(V/V),50℃靜置培養(yǎng)。每隔3 d加入0.6g稻草,每天定時(shí)從A_1～A_5抽取和添加相同體積的發(fā)酵液和培養(yǎng)基,各組分別對(duì)應(yīng)的體積為20、40、60、80和100mL,33d試驗(yàn)終止。在分批補(bǔ)料發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程中,此復(fù)合菌系表現(xiàn)出較強(qiáng)的木質(zhì)纖維素降解能力,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),各組培養(yǎng)基中稻草的降解率為80%～85%。各組中的乙酸的質(zhì)量濃度隨稻草的添加呈現(xiàn)近似規(guī)律性的變化,即在稻草加入24 h后乙酸的質(zhì)量濃度達(dá)到峰值,隨后逐漸降低直至下一次添加。在整個(gè)分批補(bǔ)料發(fā)酵過(guò)程中,A_1組乙酸的質(zhì)量濃度變化幅度最小,基本穩(wěn)定在2g/L的水平,因此相對(duì)于其他4組,A_1組更具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。5組的發(fā)酵狀態(tài)受培養(yǎng)基抽取和添加量的影響較小。 利用變性梯度凝膠電泳法(DGGE)對(duì)分批補(bǔ)料發(fā)酵過(guò)程中試驗(yàn)中期和末期時(shí)各組發(fā)酵液中菌群的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌系的菌群結(jié)構(gòu)在兩個(gè)時(shí)期有明顯的不同。DGGE圖譜上共有19條帶,它們的BLAST數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果相應(yīng)的分別為:Uncultured bacterium、Uncultured bacterium tbr1-10、Ureibacillus Sp.A3.03、Ureibacillus sp.A3.03、Clostridiumislandicum strain AK1、Ureibacillus sp.A3.03、Ureibacillus sp.A3.03、Uncultured Bacillibacterium clone SHBZ1189、Brevibacillus borstelensis strain U404、Clostridium straminisolvens、Uncultured Bacilli bacterium clone SHBZ1189、Uncultured Bacillus sD.clone 124、UnculturedBacillus sp.clone 26、Clostridium sp.PML14、Clostridium straminisolvens、Uncultured bacteriumclone TBM.190CT-28、Uncultured Bacilli bacterium clone SHBZ1189。這說(shuō)明復(fù)合菌系至少由19種菌組成,以芽孢桿菌為主,其中,Ureibacillus sp.A3.03在試驗(yàn)中期為優(yōu)勢(shì)菌群,而在末期數(shù)量極少。而Brevibacillus borstelensis strain U404、Clostridium straminisolvens、UnculturedBacilli bacterium clone SHBZ1189在試驗(yàn)中期數(shù)量極少,而末期數(shù)量明顯增加。在整個(gè)分批補(bǔ)料發(fā)酵過(guò)程中,Clostridium islandicum strain AK1一直為優(yōu)勢(shì)菌群。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：S216.2
【圖文】：

3.1復(fù)合菌系的形態(tài)觀察光學(xué)顯微鏡是微生物學(xué)上最為常用的一種微生物觀察儀器。通過(guò)光學(xué)顯微鏡可以在不破壞微生物活性的條件下，直接觀察到微生物的形態(tài)特征及微生物的種群數(shù)量。圖3一1是復(fù)合菌系在不同培養(yǎng)時(shí)期的光學(xué)顯微鏡圖片，可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌系中桿菌的數(shù)量遠(yuǎn)大于其他菌的數(shù)量。從菌的移動(dòng)速度和路徑判斷復(fù)合菌系中存在大量可自主移動(dòng)的菌，這便于在靜態(tài)培養(yǎng)時(shí)復(fù)合菌系充分與底物接觸，同時(shí)也為不同菌之間的協(xié)同作用創(chuàng)造條件。而不同時(shí)間的菌密度可以說(shuō)明此復(fù)合菌系具有快速增殖的能力，這是復(fù)合菌系快速降解纖維素的必要條件。如圖3一1所示，復(fù)合菌系隨著時(shí)間的增加，生長(zhǎng)迅速，在 108h時(shí)生長(zhǎng)繁殖最旺盛，隨后顯現(xiàn)緩慢趨勢(shì)，培養(yǎng)Z16h時(shí)

Fig.3一 2SEMofmierobialeommunity為了進(jìn)一步了解復(fù)合菌系微生物的組成和表面形態(tài)特征，本研究通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡 (AFM)對(duì)復(fù)合菌系(培養(yǎng)3一4天)進(jìn)行觀察，見(jiàn)圖3一2所示，在復(fù)合菌系中桿菌為優(yōu)勢(shì)菌群，長(zhǎng)度大約為1一5林m;同時(shí)還存在少量的螺旋菌，沒(méi)有觀察到球菌的存在，可能是數(shù)量太少或者不存在。利用原子力顯微鏡的觀察結(jié)果顯示，復(fù)合菌系的組成以桿菌為主，如圖3一3，這與掃描電子顯微鏡的觀察結(jié)果相附。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，復(fù)合菌系中的桿菌普遍具有鞭毛結(jié)構(gòu)，既有端生鞭毛類型又有周生鞭毛類型，這一特征表明，復(fù)合菌系中的絕大部分菌具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)性

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文一r3.2復(fù)合菌系纖維素分解能力的表觀特征通過(guò)掃描電鏡可以直接觀察到復(fù)合菌系對(duì)以稻草為纖維素底物的分解能力。如圖3一4可知，在發(fā)酵開(kāi)始后的第ld，稻草的表面結(jié)構(gòu)無(wú)明顯破壞，此時(shí)復(fù)合菌系處于生長(zhǎng)期，其利用的碳源主要來(lái)自于培養(yǎng)基內(nèi)的碳源，這主要是因?yàn)榕囵B(yǎng)基中的碳源比較容易利用。第Zd可以發(fā)現(xiàn)稻草的表面已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)破損現(xiàn)象，此時(shí)復(fù)合菌系開(kāi)始表現(xiàn)出對(duì)纖維素的分解能力。稻草表面破損現(xiàn)象輕微，說(shuō)明此時(shí)培養(yǎng)基中的碳源仍是復(fù)合菌系主要的利用對(duì)象。第3d稻草表面的破損現(xiàn)象嚴(yán)重，說(shuō)明培養(yǎng)基中的碳源己經(jīng)耗盡，從此時(shí)稻草的破損狀況可知此時(shí)復(fù)合菌系的代謝能力十分旺盛。這表明此復(fù)合菌系具有快速分解稻草的能力。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2771823