高效厌氧纤维素降解菌复合菌系的构建及应用研究

发布时间：2020-07-05 17:35

【摘要】：我国年产农作物秸秆7亿多吨,利用率不足40%,不仅造成资源浪费,而且污染环境。秸秆的主要成分是纤维素,纤维素在纤维素酶的催化作用下可分解为容易被利用的小分子有机物。纤维素酶由多组分酶系组成,研究发现纤维素酶协同作用的降解效果比单一酶的好。本研究以滤纸酶活和纤维素降解率为测定指标,人工构建复合菌系,自然筛选出能够高效降解纤维素的复合菌系,初步应用于秸秆产沼气实验中,提高秸秆的利用率及沼气的产量和质量,对促进秸秆资源的有效利用,降低环境污染具有重要意义。将三种纤维素降解菌LXD-2(Clostridium cellobioparum)、CZ-3(Clostridium papyrosolvens)和N14(Cellulomonas.sp.)进行混合培养,人工构建复合菌系,确定最佳接种顺序为:先接入N14,再同时接入CZ-3和LXD-2,接种量为15%,接种比例为2:(1:1);复合菌系的滤纸酶活和纤维素降解率比单一菌显著提高,其滤纸酶活分别是LXD-2、CZ-3、N14的1.47倍、1.29倍和1.14倍,纤维素降解率分别是LXD-2、CZ-3、N14的1.38倍、1.57倍和1.22倍。从不同生境富含纤维素降解菌的样品中,以滤纸条为唯一底物,进行富集、传代,经多次传代培养,选出两组滤纸降解效果好,纤维素酶活高且代谢稳定的自然复合菌系LS和W2。 LS的最佳发酵条件是:碳源为微晶纤维素粉,浓度为0.5%;氮源是蛋白胨,浓度为0.15%;温度是30-37℃,pH值为7.0-7.5;NaCl浓度是0.1%, K~+、Al~(3+)能够促进LS对纤维素的降解,而Co~(2+)抑制LS对纤维素的降解。LS复合菌系在72h时纤维素酶活性最高,为1.21U;发酵结束后纤维素的降解率达到22.86%;乙酸含量为462.2ppm,丙酸含量为1574.3ppm,丁酸含量为377.3ppm;纤维素含量减少12%,半纤维素减少11%。 W2的最佳发酵条件是:碳源为微晶纤维素粉,浓度为1.0%;氮源是酵母粉,浓度为0.15%;pH值是7.0-8.0,温度为30-37℃;NaCl浓度是0.1%;K~+、Mg~(2+)能促进W2对纤维素的降解,Mn~(2+)抑制W2对纤维素的作用。W2培养72h时纤维素酶活性最大,酶活为1.23U,发酵结束后,纤维素的降解率达到23.38%;乙酸含量为410.1ppm,丁酸含量为313.6ppm,丙酸含量为1808.0ppm;纤维素含量减少14%,半纤维素含量减少13%。将人工构建的复合菌系和自然筛选的两组复合菌系,进行室内秸秆产沼气实验。结果表明,添加菌剂的实验组产气量和甲烷含量显著高于不添加组,添加LS复合菌系的日均产气量为96.1ml,添加W2的日均产气量为98.4ml,添加人工复合菌系的日均产气量为88.1ml,分别比对照提高了40.1%、43.44%、28.43%;添加LS、W2和人工复合菌系的甲烷含量最高为73.33%、74.14%、72.81%,是空白对照的1.07倍、1.09倍、1.06倍。
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S182;S216.2

【参考文献】