秸稈是一種蘊(yùn)含大量生物質(zhì)能源的可再生資源,將秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵是進(jìn)行能源轉(zhuǎn)化的有效方式。然而,秸稈材料中的纖維素被不易降解的木質(zhì)素包裹,經(jīng)預(yù)處理可提高秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷效率。在現(xiàn)有的預(yù)處理技術(shù)中,生物預(yù)處理以反應(yīng)條件溫和、操作簡便、不造成二次污染成為理想的預(yù)處理方法,而選育木質(zhì)素高效降解菌是提高秸稈生物預(yù)處理效果的關(guān)鍵。本文在土壤腐殖質(zhì)中篩選出一株高效降解木質(zhì)素的產(chǎn)漆酶菌株1285,對其進(jìn)行了初步鑒定。為進(jìn)一步提高該菌在秸稈厭氧發(fā)酵中的生物預(yù)處理效率,展開了該菌株的預(yù)處理效果評價、培養(yǎng)條件優(yōu)化、生物預(yù)處理厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣應(yīng)用等研究,主要結(jié)論如下:(1)經(jīng)過初篩和復(fù)篩,在土壤腐殖質(zhì)樣品中分離篩選出一株可分泌漆酶的1285菌株,該菌可使PDA-愈創(chuàng)木酚平板產(chǎn)生紫紅色的顯色反應(yīng);搖床培養(yǎng)菌株發(fā)酵產(chǎn)酶復(fù)篩試驗(yàn)結(jié)果顯示發(fā)酵液中有較高的漆酶酶活力:395.06±3.67U/L,但是未檢測到木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶酶活。將1285菌株與已有的秸稈生物預(yù)處理菌株Strepomyces rochei、Pleurotus ostreatus的預(yù)處理效果比較發(fā)現(xiàn),1285菌株對麥秸的預(yù)處理效果優(yōu)于S.rachei、P.ostreatus,其中對未滅菌的麥秸木質(zhì)纖維素降解效果最明顯,處理效果最佳:干物質(zhì)、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素?fù)p失率分別為8.75±0.10%、2.54±0.20%、15.86±0.36%、16.92±0.63%,處理后秸稈浸提液SCOD為2180±20 mg/L,TVFA含量237.41±6.01μg/L,還原糖含量241.63±7.95μg/mL。因此,1285菌株在秸稈生物預(yù)處理過程中有很好的應(yīng)用潛力。1285菌株在PDA平板上生長時菌絲白色絨毛狀,生長速度快,可產(chǎn)生綠色孢子,顯微鏡下可觀察到對稱生長,呈樹狀的分生孢子梗,它的ITS基因序列與NCBI數(shù)據(jù)庫中Trichoderma asperellum(KM246751)相應(yīng)的序列有99%的相似度,綜合這些特征將其鑒定為Trichohedma asperellum 1285(棘孢木霉1285)。(2)為了應(yīng)對秸稈厭氧發(fā)酵工程化應(yīng)用生物預(yù)處理過程中對微生物的高需求量,提高預(yù)處理效率,需對T.asperellum 1285培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化。通過單因素和響應(yīng)面法對T.asperellum1285的培養(yǎng)條件進(jìn)行優(yōu)化。單因素優(yōu)化得出,最適碳源為葡糖糖,濃度30-70g/L;最適氮源為酵母浸粉,濃度為5-25g/L;適合的溫度范圍為25-35℃;適宜的pH范圍為2-4。響應(yīng)面優(yōu)化出T.asperellum1285的最適培養(yǎng)條件為:葡萄糖50 g/L,酵母浸粉14g/L,pH3.2,溫度32℃,菌絲干重預(yù)測值0.66g。根據(jù)預(yù)測設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),菌絲干重實(shí)際值為0.67±0.01g,比優(yōu)化前提高2.39倍。(3)為了確定T.asperellum1285的最佳預(yù)處理時間并研究生物預(yù)處理后麥秸厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣狀況,將T.asperellum1285分別預(yù)處理麥秸Od、2d、4d、6d、8d、10d發(fā)現(xiàn),處理8 d時效果最好,麥秸干物質(zhì)損失率達(dá)6.13±0.32%,木質(zhì)素?fù)p失率14.13±0.73%、半纖維素?fù)p失率18.58±0.73%、纖維素?fù)p失率9.94±0.53%,木質(zhì)素被有效降解。掃描電鏡結(jié)果進(jìn)一步證明麥秸經(jīng)T.asperell1285預(yù)處理,木質(zhì)素可被有效降解而纖維素保留并暴露在外,有利于厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷的進(jìn)行。麥秸經(jīng)T.asperellum1285處理8d后進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷發(fā)酵,50 d內(nèi)總產(chǎn)氣量和總產(chǎn)甲烷量分別為14774.3±216.56mL、7638.9±165.36 mL,較對照組分別提高14.05%、16.01%,甲烷含量影響不大。以上研究結(jié)果表明該菌在秸稈生物預(yù)處理方面具有較好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：Q93;S216.4
【部分圖文】：

Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｎｔ?ｃｅｌｌ?ｗａｌｌｓ??農(nóng)作物稻巧主要是由碳、氨、氧等元素組成的一系列結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物，而主要??結(jié)構(gòu)組成為植物細(xì)胞壁，其結(jié)構(gòu)如圖１－１所示Ｐ１。由圖１－１可知，植物細(xì)胞壁的骨架主??要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素共同組成，其中，纖維素處于細(xì)胞壁內(nèi)部，呈束狀結(jié)??構(gòu)；半纖維素處于木質(zhì)素和纖維素之間，可起到將二者連接起來的作用；而處于最外??側(cè)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為木質(zhì)素，由于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，對內(nèi)部的纖維素可起到一定的保護(hù)作用，??也使得植物細(xì)胞壁具有較強(qiáng)的硬度Ｗ。此外，由于木質(zhì)素是一種由芳香族化合物相互??聯(lián)結(jié)而成的高聚物，難溶于水，因此被包裹于內(nèi)部的纖維素也難Ｗ水解。常見的農(nóng)作??物稻巧殘留物中，半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的總和約占相應(yīng)稻軒總量的＾％－８５％，??并且它們的含量在不同種類的農(nóng)作物稻桿中分別占有不同的比例（如表１－１所示）Ｗ－Ｗ。??表１－１不同農(nóng)作物括軒巧維素、半纖維素、木質(zhì)素的組成???Ｔａｂｌｅ?１－１?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｃｒｏｐ?ｓｔｒａｗ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，?ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，?ａｎｄ?ｌｉｇｎｉｎ???＾?半纖維素（％）?纖維素（％）?木質(zhì)素（％）??大豆稻桿?２６?３４?２２??高梁軒?２６?３９?２０??玉米稻巧?２８?４１?９??麥稻?３０?４５?１５??油菜桿?１９?３７?１８??稻草?２７?３８?１３???甘庶渣?＾＾?２４??１．２．１纖維素??在自然界中

２．２．３．１平板生長特性??在ＰＤＡ平板上，菌株口８５菌落起初為白色，圓形，并逐步向四周擴(kuò)散，３ｄ菌絲即??可鋪滿直徑為９?ｃｍ的平板，如圖２－５（Ａ）所示，氣生菌絲較發(fā)達(dá)呈白色絨毛狀，隨著菌??落的生長從中央開始產(chǎn)生綠色的抱子，菌落背面無明顯顏色變化。菌株口?８５在ＰＤＡ－??愈創(chuàng)木陳）平板上，生長速度略慢，約５－７?ｄ可鋪滿平板，如圖２－５（巧所示，同時抱子??的產(chǎn)生幾乎與茜絲的生長同步，并在菌落表面產(chǎn)生明顯的綠色環(huán)帶，但是在ＰＤＡ－愈創(chuàng)??木嘛平板上可Ｗ明歷觀察到培養(yǎng)基變?yōu)樯罴t色，如圖２－５（Ｃ）所示，是由于菌株１２８５分??泌漆酶氧化愈創(chuàng)木齡而產(chǎn)生紅色的氧化產(chǎn)物的緣故。??圖２－５菌株１２８５的菌落平板特征??Ｆｉｇ．?２－５?Ｔｈｅ?ｃｈａｒａｃ化ｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｃｏｌｏｎｙ?ｐｌａｔｅ?ｏｆ?Ｓｔｒａｉｎ?１２８５??注Ａ．菌齡３ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ平板；Ｂ．菌齡５ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ？愈創(chuàng)木動平板；Ｃ．菌齡５?ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ－愈??創(chuàng)木齡平板背面??２０??

?５００??波數(shù)ｃｍ＇??圖２－４菌株１２８５預(yù)處理麥稽注外光譜圖??Ｆｉｇ．?２－４?Ｔｈｅ?ＦＴＩ民?ｓｐｅｃｔｒａ?０化ｉｏｐｒｅｔ化ａｔｅｄ?ｗｈｅａｔ?ｓｔａｗ?ｂｙ?Ｚ?幻ｗｅ廠６化淵?１２８５??２．２．３菌株的形態(tài)學(xué)特征??２．２．３．１平板生長特性??在ＰＤＡ平板上，菌株口８５菌落起初為白色，圓形，并逐步向四周擴(kuò)散，３ｄ菌絲即??可鋪滿直徑為９?ｃｍ的平板，如圖２－５（Ａ）所示，氣生菌絲較發(fā)達(dá)呈白色絨毛狀，隨著菌??落的生長從中央開始產(chǎn)生綠色的抱子，菌落背面無明顯顏色變化。菌株口?８５在ＰＤＡ－??愈創(chuàng)木陳）平板上，生長速度略慢，約５－７?ｄ可鋪滿平板，如圖２－５（巧所示，同時抱子??的產(chǎn)生幾乎與茜絲的生長同步，并在菌落表面產(chǎn)生明顯的綠色環(huán)帶，但是在ＰＤＡ－愈創(chuàng)??木嘛平板上可Ｗ明歷觀察到培養(yǎng)基變?yōu)樯罴t色，如圖２－５（Ｃ）所示，是由于菌株１２８５分??泌漆酶氧化愈創(chuàng)木齡而產(chǎn)生紅色的氧化產(chǎn)物的緣故。??圖２－５菌株１２８５的菌落平板特征??Ｆｉｇ．?２－５?Ｔｈｅ?ｃｈａｒａｃ化ｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｃｏｌｏｎｙ?ｐｌａｔｅ?ｏｆ?Ｓｔｒａｉｎ?１２８５??注Ａ．菌齡３ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ平板；Ｂ．菌齡５ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ？愈創(chuàng)木動平板；Ｃ．菌齡５?ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ－愈??創(chuàng)木齡平板背面??２０??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 夏四清,高廷耀,周增炎;受污染飲用水水源生物預(yù)處理技術(shù)[J];上海環(huán)境科學(xué);2000年06期

2 陳鴻雁;李勇;錢瑜;;某生物預(yù)處理池不均勻沉降處理方案剖析[J];特種結(jié)構(gòu);2014年01期

3 楊志超;馮雅麗;李浩然;王維大;滕青;;生物預(yù)處理對軟錳礦浮選的影響(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年05期

4 夏青;陳發(fā)上;邱廷省;;微生物預(yù)處理金礦技術(shù)述評[J];江西理工大學(xué)學(xué)報;2010年01期

5 鞠茂偉;李愛民;馬蒸釗;;城市生活垃圾機(jī)械生物預(yù)處理技術(shù)研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2010年S1期

6 于紅,盧雪梅,秦夢華,曲音波,高培基;微生物預(yù)處理對麥草化機(jī)漿性能的影響[J];中國造紙;2004年03期

7 朱關(guān)童;給水中的生物預(yù)處理技術(shù)[J];中外房地產(chǎn)導(dǎo)報;2003年21期

8 李永秋，王占生;生物預(yù)處理對飲用水致突活性影響的研究[J];中國給水排水;1996年02期

9 周大佐;污染水源水的生物預(yù)處理[J];上海環(huán)境科學(xué);1997年04期

10 李家就,錢望新;富營養(yǎng)化湖泊水源生物預(yù)處理研究[J];中國給水排水;1992年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 欽穎英;給水生物預(yù)處理系統(tǒng)中微生物的群落結(jié)構(gòu)分析[D];上海交通大學(xué);2008年

2 鞠茂偉;混合垃圾機(jī)械生物預(yù)處理燃燒和填埋特性研究[D];大連理工大學(xué);2012年

3 李群;麥草原料生物預(yù)處理與酚類化合物生物降解動力學(xué)研究[D];天津科技大學(xué);2001年

4 宋麗麗;白腐菌高效改性木質(zhì)素促進(jìn)秸稈酶解反應(yīng)機(jī)制研究[D];華中科技大學(xué);2013年

5 趙玲;生物預(yù)處理玉米秸稈厭氧干發(fā)酵特性及沼渣基質(zhì)利用的研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

6 范振強(qiáng);凈水廠預(yù)沉池利用鰱魚控制微囊藻的機(jī)制與效能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 楚莉莉;沼氣高效厭氧發(fā)酵的條件及產(chǎn)氣效應(yīng)研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張榮;一株棘孢木霉的篩選、鑒定及其在沼氣發(fā)酵生物預(yù)處理中的應(yīng)用研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 陳小春;生物預(yù)處理—常規(guī)處理—膜處理工藝凈水技術(shù)的研究[D];華南理工大學(xué);2011年

3 馮建良;生物預(yù)處理對草類原料制漿性能的影響及機(jī)理研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2005年

4 王小波;生物預(yù)處理/超濾組合工藝處理華南山區(qū)水庫水研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

5 胡常浩;暴雨期東江高污染水源強(qiáng)化生物預(yù)處理技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2013年

6 王為;印染廢水生物預(yù)處理技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2006年

7 周衛(wèi)軍;黃河微污染水源飲用水生物預(yù)處理研究[D];西安理工大學(xué);2005年

8 李愷;引黃水庫水生物預(yù)處理技術(shù)中試研究[D];山東建筑大學(xué);2012年

9 張盆;楊木生物預(yù)處理機(jī)械漿的研究[D];天津科技大學(xué);2006年

10 李國順;稻草預(yù)處理技術(shù)與產(chǎn)氣特性的實(shí)驗(yàn)研究[D];東華大學(xué);2011年

本文編號：2856142