【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展,能源需求持續(xù)增長,能源資源和環(huán)境問題日益突出,加快開發(fā)利用可再生能源是應(yīng)對日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問題的必然選擇。本文以熊貓腸道轉(zhuǎn)化纖維素為電能的產(chǎn)電細(xì)菌的篩選和應(yīng)用為主題,從以下幾個(gè)方面開展了研究。1.以熊貓腸道微生物為研究對象,篩選并分離能同時(shí)降解纖維素并產(chǎn)電的菌株,經(jīng)富集培養(yǎng),從初篩的6株細(xì)菌中挑選出一株轉(zhuǎn)化纖維素為電能的能力最強(qiáng)的菌株,16S r RNA基因測序結(jié)果表明該菌株屬于纖維單胞菌屬Cellulomonas,命名為LZ-P1。進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)菌株LZ-P1能分別以CMC、微晶纖維素、木聚糖、阿拉伯糖、玉米秸稈為唯一碳源生長并進(jìn)行細(xì)胞外電子傳輸(Extracellular electron transfer,EET)。2.已有的從熊貓腸道分離的纖維素降解菌的研究主要集中在菌株對纖維素代謝能力的研究,對產(chǎn)電方面的研究涉及較少。為了深入了解菌株LZ-P1利用纖維素類物質(zhì)產(chǎn)電的機(jī)理,本研究將菌株進(jìn)行了全基因組測序,然后將得到的基因組序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析和功能研究。結(jié)果顯示LZ-P1基因組上有大量與編碼纖維素酶、半纖維素酶的基因、編碼纖維素結(jié)合以及細(xì)胞外電子傳輸EET相關(guān)的蛋白,從遺傳水平上說明菌株LZ-P1具有轉(zhuǎn)化纖維素為電能的潛力,佐證了前期的表型實(shí)驗(yàn)。3.在基因組分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步以蛋白質(zhì)譜為研究手段,考察了菌株在以葡萄糖為碳源和以纖維素為碳源時(shí)差異表達(dá)蛋白,以及菌株在開路狀態(tài)和閉路狀態(tài)條件下的差異表達(dá)蛋白,結(jié)果顯示菌株LZ-P1中與纖維素/半纖維素降解(內(nèi)切葡聚糖酶,β-葡糖苷酶和內(nèi)切木聚糖酶)以及EET(細(xì)胞色素C氧化酶和核黃素生物合成蛋白)相關(guān)的蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)化纖維素為電能的過程中都上調(diào)表達(dá),基于這些上調(diào)表達(dá)蛋白,初步推測菌株LZ-P1作為熊貓腸道共生微生物在熊貓食物消化和營養(yǎng)代謝中發(fā)揮重要作用。4.最后一部分研究主要集中在菌株LZ-P1資源應(yīng)用開發(fā)上,這部分以廢紙張回收廢水為研究對象,考察了菌株LZ-P1在廢水處理中的性能。結(jié)果顯示LZ-P1應(yīng)用到以紙回收廢水為底物的MFC中,72小時(shí)內(nèi)可去除60.9%的COD,產(chǎn)電量為44.05 m W/m2。因此,菌株LZ-P1可應(yīng)用于紙張回收廢水的高效處理和能量回收。本研究的開展,有助于提升對熊貓共生腸道微生物在纖維類食物消化和營養(yǎng)代謝的認(rèn)識和了解,為今后熊貓腸道微生物的開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用提供寶貴的菌種資源。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S852.6
【圖文】：

一種能將細(xì)胞內(nèi)的電子傳遞到胞外(Extracellular electron transfer, EET) 的能力,以增加代謝過程中能量的產(chǎn)生。EET 機(jī)制主要包括三種類型，依賴電子中介體，依賴納米導(dǎo)線或者微生物與電極直接接觸（圖 1-1）。例如，Lactococcus lactic 和Bifidobacterium longun 通過產(chǎn)生 ACNQ(2-amino-3-carboxy-1,4-naphthoquione)作為電子中介體完成電子傳輸；Shewanella oneidensis MR-1 通過自身產(chǎn)生的納米導(dǎo)線傳遞電子；Geobacter sulfurreducens 通過直接接觸電極傳遞電子 (Lovley &Nevin, 2011)。

還可由一些腸道共生微生物產(chǎn)生，例如大腸核黃素(riboflavin)。核黃素是一種重要的具有氧化還報(bào)道 L.lactic 能利用核黃素作為電子中介體。同時(shí)另微生物 Faecalibacterium prausnitzii 在 flavin 和 thio 傳遞給 O2(Khan et al., 2012b)。并且有研究還證明腸原反應(yīng)是與 NAD+/NADH 氧化反應(yīng)相關(guān)聯(lián)的 (圖 。綜上所述，細(xì)胞外電子傳遞機(jī)制能夠加速腸道微解和代謝，尤其是木質(zhì)纖維素類食物，腸道微生物可資源庫。

圖 1-4 熊貓腸道微生物的群落組成及功能 (Wei et al., 2015)Figure 1-4 The composition and function of the giant panda gut microbiota (Wei et al.,2015).

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 徐榮;轉(zhuǎn)化纖維素為電能的熊貓腸道產(chǎn)電細(xì)菌的篩選及應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2019年

本文編號：2801340