【摘要】： 本學(xué)位論文以堆肥化過程中木質(zhì)纖維素降解菌為研究對象，進行了堆肥化過程中纖維素降解菌的篩選，選出其中降解纖維素能力較強的菌株和同樣來源于堆肥化中的木質(zhì)素降解菌在平板上進行了混合培養(yǎng)，進而通過實際降解實驗篩選了合適的菌株組合。并以黃孢原毛平革菌為基礎(chǔ)，從堆肥中篩選了能與其協(xié)同降解木質(zhì)纖維素的混合菌株，并對混合培養(yǎng)過程中的酶活、木質(zhì)纖維素降解情況和微生物群落的結(jié)構(gòu)變化進行了考察。結(jié)論歸納如下： 利用纖維素瓊脂平板、剛果紅纖維素瓊脂平板和濾紙潰爛篩選室驗對堆肥物料中纖維素降解菌進行了分離和純化，最后從中選取了4株(編號為D、X、P、T)纖維素降解能力較強的菌株。其中菌株X最優(yōu)，降解纖維素和半纖維效果最好，內(nèi)切纖維素酶活相對其它菌株升高更快而且更穩(wěn)定，峰值高達37.07 IU／g。 對6株纖維素降解菌和8株木質(zhì)素降解菌采用平板混合培養(yǎng)和固態(tài)發(fā)酵篩選相結(jié)合的方法，較快地篩選到了能夠提高木質(zhì)纖維素(稻草)混合生物降解效率的菌株組合，即XP+M5和AF93252+M5。其中XP+M5的混合培養(yǎng)效果最好，半纖維素含量降低到了20.6％，相比XP和M5純培養(yǎng)時，半纖維素含量分別下降了2.67和3.79個百分點。同時表明對于不同的纖維素和木質(zhì)素降解菌，簡單地將其組合在一起，往往不能獲得滿意的降解木質(zhì)纖維素的效果。 在纖維素篩選培養(yǎng)基中加入黃孢原毛平革菌固態(tài)發(fā)酵的浸提液，能較方便地直接從堆肥中篩選與黃孢原毛平革菌(PC)相容的菌株。篩選出的較優(yōu)菌株與PC混合培養(yǎng)降解稻草時，對于產(chǎn)纖維素酶，能產(chǎn)生較好的協(xié)同效果，并因此產(chǎn)生更好的纖維素降解效果。木質(zhì)素降解酶系也得到了加強和完善，但對于木素過氧化物酶(LiP)、錳過氧化物酶(MnP)和漆酶(Lac)的產(chǎn)生，協(xié)同作用并不普遍。本研究中木質(zhì)素降解效率的提高與LiP、MnP和Lac這些常見的胞外酶的變化沒有表現(xiàn)出直接的聯(lián)系，這種提高可能是靠豐富發(fā)酵體系內(nèi)的胞外酶和一些活性因子的種類來實現(xiàn)的。 通過對一株黃孢原毛平革菌和一株歧皺青霉的混合培養(yǎng)，考察了混合培養(yǎng)發(fā)酵稻草的過程中產(chǎn)酶和對木質(zhì)纖維素降解的情況，并利用磷脂脂肪酸(PLFA)和Biolog代謝分析方法研究在發(fā)酵過程中不同發(fā)酵體系內(nèi)微生物群落的變化。 研究發(fā)現(xiàn)混合培養(yǎng)從很大程度上改變了發(fā)酵體系內(nèi)的產(chǎn)酶情況，所考察的胞外具有木質(zhì)纖維素降解能力活性酶的變化趨勢和大小都發(fā)生了改變。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在體系內(nèi)微生物的產(chǎn)酶更加穩(wěn)定，峰值維持時間較長。在混合培養(yǎng)條件下Lac優(yōu)勢明顯，出現(xiàn)了整個考察過程中的最高值，達到1.28 IU／mL；發(fā)酵結(jié)束時LiP酶活還處在較高水平52 IU／mL，大約是黃孢純培養(yǎng)時的兩倍，結(jié)束時的MnP也比其它純培養(yǎng)的高。 發(fā)酵結(jié)束后，混合培養(yǎng)條件下半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的降解率均比純培養(yǎng)時高，分別為53.1％、52.7％和54.9％�；旌吓囵B(yǎng)對發(fā)酵過程的優(yōu)化可能由以下方式來實現(xiàn)：一是改善體系內(nèi)各種酶組分的活力和穩(wěn)定性；二是通過豐富混合培養(yǎng)體系內(nèi)其它與木質(zhì)纖維素降解有關(guān)的小分子活性因子和活性酶的種類來實現(xiàn)；三是上述兩種方式同時起作用。 Biolog代謝分析法及PLFA法均能有效鑒別不同體系的微生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)的變化，可以為混合體系內(nèi)酶活及降解效果的變化提供更準確的參考信息。Biolog代謝分析中的平均吸光值(AWCD)分析和代謝多樣性、豐富度分析都指出混合培養(yǎng)中群落的功能比純培養(yǎng)黃孢有了改善，但沒有超過純培養(yǎng)歧皺青霉的水平。主成分分析(PCA)表明混合培養(yǎng)體系內(nèi)的微生物群落結(jié)構(gòu)處于動態(tài)變化之中，群落的結(jié)構(gòu)特性在發(fā)酵第7天時與黃孢純培養(yǎng)下的特性更接近，而在發(fā)酵結(jié)束后則與歧皺青霉的特性更接近。上述結(jié)果說明群落的代謝功能很可能不是兩種菌株代謝能力的簡單加和，此時的代謝能力應(yīng)當是所混合的菌株相互作用的產(chǎn)物。群落內(nèi)不同特性的菌株根據(jù)環(huán)境變化而發(fā)生的演替可能是實現(xiàn)混合體系中產(chǎn)酶穩(wěn)定的原因。 以上系列研究表明，合適菌株組合可以通過混合培養(yǎng)來提高木質(zhì)纖維素降解效率。使用瓊脂平板對菌株之間的相互作用進行初步的研究，有利于混合菌株的篩選，而且通過在篩選平板中加入某菌株的發(fā)酵浸提液還可以較方便地篩選到該株菌的相容菌株。這些研究對于以木質(zhì)纖維素降解菌為主的堆肥復(fù)合菌劑的開發(fā)提供了很有意義的方法借鑒，有助于解決在菌劑開發(fā)中選擇菌株缺乏依據(jù)的問題，還可以為環(huán)境微生物領(lǐng)域中其它使用復(fù)合菌體系的優(yōu)化研究提供參考。在驗證復(fù)合菌劑效果時，需要對過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)的變化進行深入的研究，了解群落的變化對功能帶來的影響，才能更好地掌握所研究的復(fù)合體系。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：X705
【圖文】：

擇了編號為D、X、P、T的四株菌進行實際降解效果的篩選試驗，包括對其產(chǎn)酶情況和對物料中各木質(zhì)纖維素含量變化的研究。所選用的這四株菌在平板上的形態(tài)見圖2.1。從圖中可以看出編號為D的菌株是一株細菌，其它三株都是真菌。圖2.1初步篩選到的四株菌的菌平板照片從左至右依次為D、X、P、T，上均為平板正面，下均為平板反面 Figure2.1Photosoffoureellulol外 iestrainssereenedfromeomPost2.3.2.3.1各個樣品中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的變化情況對四個接種了不同菌株的固態(tài)發(fā)酵樣品每隔三天進行取樣，測定其中的半纖維素、纖維素、木質(zhì)素的含量。在一個共15天的發(fā)酵周期所測得的變化如圖2.2、圖2.3、圖2.4和圖2.5所示。在上述四個圖中，可以分別看到菌株D、X、P和T在固態(tài)發(fā)酵過程中，物料中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的含量變化。從總纖維含量來看，四株菌都對纖維有一定的降解能力，稻草粉中的總纖維含量都有一定程度的降低。不過在接種了編號為T的菌株的樣品中樣品中的總纖維含量降低較少，最后含量還有60.2%

圖4.1黃抱原毛平革菌(平板左側(cè))與菌株FOZ(平板右側(cè))在分別在MEA(左列)和PDA(右列)平板上混合培養(yǎng)時菌落變化。(從上至下四行分別是第1天、第2天、第4天和第10天的菌落)F1gure4.1InteraetionsbetweenPC(leftSideOnPlate)andFOZ(rightsid:onPlate)grownonPDAandMEAeulturemedia(allleftlinesareMEAarlri口11t11ne5arePDA)8()

【引證文獻】

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本文編號：2722933