生物質是豐富存在的、可再生的、具有取代化石能源潛力的能源。在能夠降解木質纖維素微生物中,嗜熱厭氧的熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)是目前所知的降解纖維素最快的菌株。它進化形成一個高度組織化的、多酶復合體—纖維小體,來實現(xiàn)對纖維素的高效降解。熱纖梭菌難以分純,在環(huán)境中和一些非纖維降解菌生長在一起。我們發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)熱纖梭菌(Clostridium thermocellum)和熱厭氧熱解糖桿菌(Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum)明顯促進了纖維素向生物燃料的轉化。在本文第二章,我們研究了兩種菌的相互關系,并發(fā)現(xiàn)了纖維素降解效率變化的背后機制,與之前所得出的兩者是一種互利共生的關系的結論不同的是,熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌是一種偏害共生的關系。雖然非纖維降解菌熱厭氧熱解糖桿菌通過熱纖梭菌降解木質纖維素獲得更多的纖維二糖和葡萄糖,解除熱纖梭菌的碳阻遏效應。但是,結果表明熱厭氧熱解糖桿菌在共培養(yǎng)系統(tǒng)中明顯阻遏了熱纖梭菌的生長。與熱纖梭菌相比,熱厭氧熱解糖桿菌具有更強的代謝優(yōu)勢,我們也加入能夠刺激熱厭氧熱解糖桿菌生長的碳源,來調控和平衡微生物菌群,促進纖維素的降解和轉化。在本文的第三章,根據(jù)先前的研究發(fā)現(xiàn),混合培養(yǎng)C.thermocellum JN4和非纖維素降解菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum GD17 比單獨培養(yǎng)JN4產(chǎn)生更多的H2,然而提高的原因不明。在研究中,我們從進化和基因組的角度分析了兩種菌的氫酶基因,分別在JN4和GD17證實了 5種和4種[FeFe]型氫酶,并且兩種菌各有一種Ech[NiFe]型氫酶。通過轉錄水平的數(shù)據(jù)分析,JN4編碼氫酶的基因受碳源葡萄糖和纖維二糖調控。而GD17則不受調控,但與單培養(yǎng)相比,混合培養(yǎng)可以使GD17氫酶基因的轉錄發(fā)生變化。而JN4沒有改變。通過代謝水平的分析,GD17產(chǎn)H2的速率是JN4的4-12倍。這些結果可以得出混合培養(yǎng)過程中氫氣提高的原因是由于GD17引起的。進一步實驗表明,在混合培養(yǎng)中兩種菌執(zhí)行專一化的任務,提高混合菌中非纖維素降解菌的比例可以提高生物氫的產(chǎn)出。所以如何調控混合菌群各個菌的比例是今后的發(fā)展研究方向。總之,本文主要探討了熱纖梭菌JN4和非纖維素降解菌株GD17在降解木質纖維素培養(yǎng)過程中的共生關系,提出了兩種菌不是互利共生,而是偏害共生關系。同時證實了兩種菌共培養(yǎng)時氫氣產(chǎn)量提高是由于非纖維素降解菌GD17所導致的。這些研究為我們設計和優(yōu)化纖維素降解菌和非纖維素降解菌組成的微生物菌群、提高纖維素轉化奠定基礎。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TK6
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明及縮略詞
第一章 緒論
    1.1 生物質能源和木質纖維素的降解
        1.1.1 概要
        1.1.2 生物質能和生物燃氣
        1.1.3 氫能和生物氫能
    1.2 熱纖梭菌的發(fā)酵產(chǎn)氫
        1.2.1 微生物制氫的分類和比較
        1.2.2 熱纖梭菌
        1.2.3 纖維素酶和嗜熱纖維素酶
        1.2.4 纖維小體
        1.2.5 熱纖梭菌纖維素降解相關酶系的表達調控
    1.3 微生物菌群在降解木質纖維方面的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 微生物之間關系
        1.3.2 微生物相互關系的研究方法
        1.3.3 菌群在合成生物學方面的研究
        1.3.4 熱纖梭菌和非纖維素降解菌的聯(lián)合培養(yǎng)
    1.4 氫酶
        1.4.1 氫酶的性質和分類
        1.4.2 氫酶的分布和功能
        1.4.3 梭菌的產(chǎn)氫的代謝途徑
第二章 熱纖梭菌和非纖維降解伴生菌偏害共生關系的研究
    2.1 材料與方法
        2.1.1 本章所用菌株
        2.1.2 培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件
        2.1.3 主要試劑和儀器
        2.1.4 分析方法
    2.2 結果與討論
        2.2.1 混合菌群中JN4、GD17的驗證以及代謝終產(chǎn)物的分析對比
        2.2.2 混合培養(yǎng)下木質纖維素降解相關基因的抑制解除
        2.2.3 與單培養(yǎng)相比,混合培養(yǎng)并沒有改變纖維素的利用效率
        2.2.4 GD17明顯損害了JN4的生長量
        2.2.5 熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌的代謝分析
        2.2.6 熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌偏害共生的關系模型
        2.2.7 加入外源物質對菌群在降解纖維素方面的調控
    2.3 本章小結
第三章 混合培養(yǎng)熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌的產(chǎn)氫的研究
    3.1 材料與方法
        3.1.1 菌株及載體
        3.1.2 培養(yǎng)基配方及條件
        3.1.3 常用儀器設備
        3.1.4 主要試劑和方法
    3.2 結果與討論
        3.2.1 熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌的氫酶編碼基因
        3.2.2 熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌的氫酶基因在操縱子上組織形式
        3.2.3 碳源對熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌氫酶基因的調控
        3.2.4 共培養(yǎng)熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌下氫酶基因的轉錄水平
        3.2.5 熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌代謝產(chǎn)氫的速率和產(chǎn)量
    3.3 本章小結
全文總結及展望
參考文獻
附錄
攻讀學位期間已(待)發(fā)表的學術論文
致謝
學位論文評閱及答辯倩況表

【相似文獻】

相關期刊論文 前3條

1 松永旭;繼祥;守武;;應用低溫訓化厭氧菌進行低溫甲烷發(fā)酵[J];可再生能源;1991年06期

2 楊華,葉虎年,童敏,李柱;色譜/紅外光譜法聯(lián)用鑒定厭氧菌[J];華中理工大學學報;1992年05期

3 劉克鑫;;看不見的“厭氧工廠”[J];太陽能;1982年02期

相關博士學位論文 前4條

1 熊惠磊;剩余污泥高溫厭氧產(chǎn)酸與生物可降解塑料合成的研究[D];清華大學;2015年

2 寇巍;北方小城鎮(zhèn)有機垃圾厭氧固態(tài)發(fā)酵關鍵技術研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學;2014年

3 倪龍興;口腔厭氧菌膜泡的提取、生物學活性和酶動力學比較分析以及胰酶樣蛋白酶的純化研究[D];第四軍醫(yī)大學;1993年

4 周蕾;厭氧烴降解產(chǎn)甲烷菌系的組成及其代謝產(chǎn)物的特征[D];華東理工大學;2012年

相關碩士學位論文 前7條

1 黃曉燕;珠江沉積物甲烷厭氧氧化菌群群落結構研究[D];華南理工大學;2015年

2 趙奇;在木質纖維素降解過程中熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌共生關系以及產(chǎn)氫機理的解析[D];山東大學;2017年

3 張佩蘭;厭氧生物除磷及其微生物種群結構特性的研究[D];廣州大學;2011年

4 李偉;厭氧烴降解體系中微生物群落組成及功能基因[D];華東理工大學;2012年

5 甘如海;畜禽糞便厭氧干發(fā)酵處理攪拌反應器的研究設計[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2004年

6 劉艷娟;厭氧好氧法處理豆沙餡廢水試驗研究[D];中國地質大學（北京）;2006年

7 楊金龍;瘤胃厭氧真菌的篩選、誘變及發(fā)酵麩皮的研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學;2006年

本文編號：2843337