發(fā)布時(shí)間：2017-12-07 15:31

  本文關(guān)鍵詞：牦牛瘤胃厭氧真菌與甲烷菌共培養(yǎng)物的多樣性及其纖維降解特性研究

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【摘要】：青藏高原牦牛終年以放牧方式生活在海拔3000米以上的極端生態(tài)環(huán)境,棲息在瘤胃中的大量微生物使牦牛瘤胃成為高效降解木質(zhì)纖維素的天然發(fā)酵罐。其中,厭氧真菌是一種重要的木質(zhì)纖維素降解微生物。有研究認(rèn)為,與瘤胃真菌共生的一些甲烷菌能夠提高厭氧真菌纖維素降解活性,并促進(jìn)木質(zhì)纖維素降解代謝轉(zhuǎn)化生成乙酸和甲烷。目前有關(guān)瘤胃厭氧真菌和甲烷菌之間的自然共存關(guān)系研究報(bào)道很少,為開發(fā)利用瘤胃內(nèi)高效降解木質(zhì)纖維素的優(yōu)質(zhì)真菌資源,本文首次以甘肅省天祝放牧牦牛為研究對(duì)象,利用亨氏厭氧滾管培養(yǎng)技術(shù),分離獲得了大量瘤胃厭氧真菌及甲烷菌自然共培養(yǎng)物,分析探討了厭氧真菌和甲烷菌之間的自然共存關(guān)系,并開展了這些共培養(yǎng)物對(duì)農(nóng)作物秸稈的木質(zhì)纖維素降解功效和消化代謝研究,主要研究結(jié)果如下:1.牦牛瘤胃共培養(yǎng)物的多樣性:自天祝全放牧牦牛瘤胃食糜液中分離獲得生長穩(wěn)定的厭氧真菌及甲烷菌共培養(yǎng)物20個(gè),通過形態(tài)學(xué)結(jié)合ITS1序列分析鑒定厭氧真菌的種屬,通過PCR-DGGE技術(shù)和16Sr DNA序列分析與厭氧真菌共生的甲烷菌的多樣性和種類。20個(gè)共培養(yǎng)物包括4種組合類型:8個(gè)Orpinomyces joyonii+Methanobrevibacter ruminantium,1個(gè)Orpinomyces joyonii+Methanobrevibacter millerae,8個(gè)Neocallimastix frontalis+Methanobrevibacter ruminantium,3個(gè)Piromyces+Methanobrevibacter ruminantium。2.高效共培養(yǎng)物的篩選:以小麥秸稈為生長底物,通過檢測(cè)產(chǎn)氣量、多糖水解酶活性、酯酶活性、干物質(zhì)降解率、酚酸釋放量、甲烷和乙酸產(chǎn)量,研究發(fā)現(xiàn)8個(gè)共培養(yǎng)Neocallimastix frontalis+Methanobrevibacter ruminantium和3個(gè)共培養(yǎng)Piromyces+Methanobrevibacter ruminantium比9個(gè)共培養(yǎng)Orpinomyces joyonii+Methanobrevibacter ruminantium生長更加穩(wěn)定快速,表現(xiàn)出更強(qiáng)的秸稈纖維降解活性。自20個(gè)3屬真菌與甲烷菌共培養(yǎng)中,篩選出降解秸稈的3個(gè)高效共培養(yǎng)物分別為:O.joyonii Yak7+M.ruminantium,N.frontalis Yak16+M.ruminantium和Piromyces Yak18+M.ruminantium。3.高效共培養(yǎng)和相應(yīng)的真菌純培養(yǎng)對(duì)秸稈的降解能力比較:在上述2研究的基礎(chǔ)上,以小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈為底物,在7天培養(yǎng)期內(nèi),3個(gè)高效共培養(yǎng)物中N.frontalis Yak16+M.ruminantium表現(xiàn)出最強(qiáng)的降解秸稈木質(zhì)纖維素功能,產(chǎn)生最高活性木聚糖酶、濾紙纖維素酶、阿魏酸酯酶、乙酰酯酶、香豆酸酯酶、最高干物質(zhì)降解率、中性和酸性洗滌纖維降解率和最多的酚酸釋放量。甲烷菌M.ruminantium在不同程度上提高了3株厭氧真菌純培養(yǎng)降解秸稈的功能,尤其是真菌純培養(yǎng)N.frontalis Yak16本身以3種秸稈為底物具有較高干物質(zhì)降解率,而與甲烷菌M.ruminantium形成自然共培養(yǎng)后進(jìn)一步顯著提高了真菌純培養(yǎng)N.frontalis Yak16的降解功能,使共培養(yǎng)物N.frontalis Yak16+M.ruminantium成為高效降解秸稈木質(zhì)素纖維素的最佳優(yōu)勢(shì)組合,最高值分別達(dá)到:以麥秸為底物木聚糖酶12500 m U,以玉米秸為底物濾紙酶430.3 m U,阿魏酸酯酶11.0 m U,乙酰酯酶199.3 m U,香豆酸酯酶5.0 m U,中性洗滌纖維降解率61.7%,酸性洗滌纖維降解率55.7%,阿魏酸釋放24.1 ug/m L和p-香豆酸釋放50.3μg/m L,以稻秸為底物的干物質(zhì)降解率71.9%。4.高效共培養(yǎng)物和相應(yīng)的真菌純培養(yǎng)降解秸稈所產(chǎn)代謝產(chǎn)物比較:在上述3研究的基礎(chǔ)上,以小麥秸稈、玉米秸稈、水稻秸稈為底物,在7天培養(yǎng)期內(nèi),3個(gè)高效共培養(yǎng)物相對(duì)應(yīng)的3個(gè)純培養(yǎng)真菌產(chǎn)生乙酸、乳酸、乙醇和氫氣產(chǎn)量依次是N.frontalis Yak16㧐Piromyces Yak18㧐O.joyonii Yak7,尤其是厭氧真菌純培養(yǎng)N.frontalis Yak16產(chǎn)生大量乙醇和乳酸,乙醇產(chǎn)量遠(yuǎn)高于以前文獻(xiàn)報(bào)道。3個(gè)高效共培養(yǎng)產(chǎn)生乙酸、乳酸和甲烷產(chǎn)量依次是:N.frontalis Yak16+M.ruminantium㧐Piromyces Yak18+M.ruminantium㧐O.joyonii Yak7+M.ruminantium,尤其是共培養(yǎng)N.frontalis Yak16+M.ruminantium產(chǎn)生大量乙酸和甲烷,歸因于甲烷菌M.ruminantium改變了厭氧真菌的代謝途徑。根據(jù)上述結(jié)果,無論是厭氧真菌純培養(yǎng)N.frontalis Yak16,還是厭氧真菌及甲烷菌共培養(yǎng)N.frontalis Yak16+M.ruminantium都可能在提高木質(zhì)纖維素生物降解中具有重要的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。綜上所述,本文系統(tǒng)揭示了天祝放牧牦牛瘤胃厭氧真菌及甲烷菌之間的自然共生關(guān)系,并通過秸稈纖維降解對(duì)比試驗(yàn)闡釋了牦牛瘤胃厭氧真菌在純培養(yǎng)或與甲烷菌共培養(yǎng)條件下對(duì)不同作物秸稈的降解能力差異和代謝轉(zhuǎn)化特性,為今后牦牛瘤胃微生物資源的開發(fā)利用與提高木質(zhì)纖維素降解功效提供了理論科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S852.6
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本文編號(hào)：1262884