【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,成為整個發(fā)酵過程的限速步驟。針對以木質(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,對木質(zhì)纖維素類廢棄物利用具有重要的應(yīng)用價值,并可為實現(xiàn)沼氣生產(chǎn)工業(yè)化打下基礎(chǔ)。 本研究對已有的分解木質(zhì)纖維素混合培養(yǎng)物進行馴化培養(yǎng),得到1組能快速分解纖維素的復(fù)合菌系。該復(fù)合菌系對纖維素和半纖維素有很高的分解效率,對木質(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后對稻草的總降解率可以達到89%。發(fā)酵過程中,乙酸是主要液相末端產(chǎn)物,其質(zhì)量濃度在3d時達到最大值2.58g/L,此時液相末端產(chǎn)物總量也達到最大值2.98g/L。根據(jù)分批發(fā)酵試驗的結(jié)果,設(shè)計一個分批補料發(fā)酵試驗。試驗分為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,各組分別對應(yīng)的體積為20、40、60、80和100mL,33d試驗終止。在分批補料發(fā)酵培養(yǎng)過程中,此復(fù)合菌系表現(xiàn)出較強的木質(zhì)纖維素降解能力,在實驗結(jié)束時,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)量濃度達到峰值,隨后逐漸降低直至下一次添加。在整個分批補料發(fā)酵過程中,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,因此相對于其他4組,A_1組更具有實際應(yīng)用價值。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)對分批補料發(fā)酵過程中試驗中期和末期時各組發(fā)酵液中菌群的結(jié)構(gòu)變化進行分析,發(fā)現(xiàn)復(fù)合菌系的菌群結(jié)構(gòu)在兩個時期有明顯的不同。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在試驗中期為優(yōu)勢菌群,而在末期數(shù)量極少。而Brevibacillus borstelensis strain U404、Clostridium straminisolvens、UnculturedBacilli bacterium clone SHBZ1189在試驗中期數(shù)量極少,而末期數(shù)量明顯增加。在整個分批補料發(fā)酵過程中,Clostridium islandicum strain AK1一直為優(yōu)勢菌群。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：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)量遠大于其他菌的數(shù)量。從菌的移動速度和路徑判斷復(fù)合菌系中存在大量可自主移動的菌，這便于在靜態(tài)培養(yǎng)時復(fù)合菌系充分與底物接觸，同時也為不同菌之間的協(xié)同作用創(chuàng)造條件。而不同時間的菌密度可以說明此復(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)合菌系隨著時間的增加，生長迅速，在 108h時生長繁殖最旺盛，隨后顯現(xiàn)緩慢趨勢，培養(yǎng)Z16h時

Fig.3一 2SEMofmierobialeommunity為了進一步了解復(fù)合菌系微生物的組成和表面形態(tài)特征，本研究通過掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡 (AFM)對復(fù)合菌系(培養(yǎng)3一4天)進行觀察，見圖3一2所示，在復(fù)合菌系中桿菌為優(yōu)勢菌群，長度大約為1一5林m;同時還存在少量的螺旋菌，沒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的運動性

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掃描電鏡可以直接觀察到復(fù)合菌系對以稻草為纖維素底物的分解能力。如圖3一4可知，在發(fā)酵開始后的第ld，稻草的表面結(jié)構(gòu)無明顯破壞，此時復(fù)合菌系處于生長期，其利用的碳源主要來自于培養(yǎng)基內(nèi)的碳源，這主要是因為培養(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)開始出現(xiàn)破損現(xiàn)象，此時復(fù)合菌系開始表現(xiàn)出對纖維素的分解能力。稻草表面破損現(xiàn)象輕微，說明此時培養(yǎng)基中的碳源仍是復(fù)合菌系主要的利用對象。第3d稻草表面的破損現(xiàn)象嚴重，說明培養(yǎng)基中的碳源己經(jīng)耗盡，從此時稻草的破損狀況可知此時復(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】

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本文編號：2771823