【摘要】：隨著我國(guó)新常態(tài)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,能源短缺問(wèn)題成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的最大阻礙。在能源危機(jī)重壓下,利用微生物發(fā)酵技術(shù)處理有機(jī)廢棄物不僅可以避免環(huán)境受到污染還可以緩解能源危機(jī)壓力,是一種有效廢棄物資源化利用方式。以稻稈為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵是推動(dòng)沼氣發(fā)展的重要途徑,但稻稈的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易被微生物降解制約了稻稈沼氣的發(fā)展。如何實(shí)現(xiàn)快速水解酸化已成為研究者持續(xù)關(guān)注的研究方向。我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷且漫長(zhǎng),較低溫度是制約稻稈水解酸化進(jìn)行的主要因素。本研究是以本實(shí)驗(yàn)室篩選獲得的一組耐低溫纖維素降解菌系LTF-27為研究對(duì)象,運(yùn)用單因素試驗(yàn)法、Plackett-Burman試驗(yàn)法、最陡爬坡試驗(yàn)法、中心組合試驗(yàn)法以及響應(yīng)面分析法對(duì)該菌系的培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化,以期獲得最優(yōu)產(chǎn)酸水解條件,并通過(guò)SDS-PAGE凝膠電泳、質(zhì)譜分析技術(shù)對(duì)該菌系的產(chǎn)酶組成進(jìn)行分析,主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:(1)耐低溫復(fù)合菌系LTF-27培養(yǎng)基單因素優(yōu)化在17±0.5℃的條件下,以稻稈作為唯一碳源,運(yùn)用單因素試驗(yàn),從豆粕、玉米粉、麥麩、尿素、硫酸銨、硝酸銨、蛋白胨、酵母浸粉等不同的氮源中篩選出最佳氮源為硫酸銨;對(duì)影響復(fù)合菌系發(fā)酵水解的無(wú)機(jī)離子CaCO_3、FeSO_4、MgSO_4、ZnSO_4、CuSO_4、KH_2PO_4、K_2HPO_4進(jìn)行單因素試驗(yàn),獲得各無(wú)機(jī)離子最佳水平分別為1.00 g·L-1、0.015 g·L-1、0.07 g·L-1、0.008g·L-1、0.18 g·L-1、0.31 g·L-1、0.50 g·L-1。(2)耐低溫復(fù)合菌系培養(yǎng)基的Plackett-Burman試驗(yàn)優(yōu)化在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)CaCO_3、FeSO_4、MgSO_4、ZnSO_4、CuSO_4、(NH_4)SO_4、KH_2PO_4、K_2HPO_4等8個(gè)因素進(jìn)行P-B試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,K_2HPO_4、CaCO_3、MgSO_4等三個(gè)因素對(duì)稻稈降解的影響顯著。根據(jù)這三個(gè)因素的最陡爬坡試驗(yàn)結(jié)果,得到最佳下一步中心組合試驗(yàn)中心點(diǎn),即MgSO_4 0.055 g·L-1、CaCO_3 1.40 g·L-1、K_2HPO_4 0.70 g·L-1。(3)耐低溫復(fù)合菌系培養(yǎng)基中心組合試驗(yàn)優(yōu)化運(yùn)用中心組合試驗(yàn)及響應(yīng)面分析法,篩選出最佳因素水平為MgSO_4 0.057 g·L-1,CaCO_3 1.49 g·L-1,K_2HPO_4 0.75 g·L-1;最佳培養(yǎng)基組成為水稻秸稈2.00 g·L-1,(NH_4)SO_4 1.5 g·L-1,NaCl 5 g·L-1,酵母浸粉1.00 g·L-1,MgSO_4 0.057 g·L-1,CaCO_3 1.49 g·L-1,K_2HPO_4 0.75 g·L-1,該模型預(yù)測(cè)降解率為64.82%。經(jīng)過(guò)5次發(fā)酵試驗(yàn)驗(yàn)證,該培養(yǎng)條件下稻稈降解率平均值為64.51%,與預(yù)測(cè)值接近,從而驗(yàn)證了模型正確性與準(zhǔn)確性。本研究還對(duì)其他指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè),結(jié)果表明,在pH、稻稈降解形態(tài)變化、微生物生長(zhǎng)、溶解氧、稻稈中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等方面,優(yōu)化后得培養(yǎng)基降解稻稈比原始培養(yǎng)基效果顯著。(4)耐低溫復(fù)合菌系酶系組成分析復(fù)合菌系LTF-27具有降解稻稈中木質(zhì)纖維素為簡(jiǎn)單糖的主要酶系,即內(nèi)切葡聚糖酶活、外切葡聚糖酶活、β-葡萄糖苷酶,都呈現(xiàn)先增加后減少的動(dòng)態(tài)變化。質(zhì)譜進(jìn)一步分析確定12種參與木質(zhì)纖維素降解的酶蛋白。其中包括過(guò)氧化氫酶、外切葡聚糖酶、內(nèi)切葡聚糖酶、α-L-阿拉伯吠喃糖酶、β-葡萄糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶等。同時(shí),還鑒定出其他的蛋白,共計(jì)57種,包括過(guò)氧化氫酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、蛋白結(jié)合酶、細(xì)胞信號(hào)傳遞酶、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子、醇脫氫酶、短鏈脫氫酶、磷酸甘油醛脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶、核苷酸轉(zhuǎn)移酶、熱休克蛋白、核糖體蛋白、激酶、伴侶蛋白等,這些蛋白酶直接或間接參與耐低溫復(fù)合菌系LTF-27降解底物的相關(guān)物質(zhì)合成與分解代謝,為進(jìn)一步探討復(fù)合菌系降解稻稈中木質(zhì)纖維素機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。
【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】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S216

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2692763