聚乙烯醇（PVA）的降解真菌筛选及其生物降解过程机理研究

发布时间：2020-10-28 18:11

　　 聚乙烯醇(PVA)是具有良好的膜强度、粘附性、化学稳定性等优良性能的可生物降解高分子材料,被广泛应用于纺织、造纸、化工等多个领域,但其存在着降解周期长、可生化性差等问题。为了帮助解决聚合物材料的使用带来的环境污染问题,越来越多的研究者开始着力于可降解微生物的筛选和分离,以及可降解微生物的诱变、基因改造等,以提高对高分子聚合物材料的降解效率。目前发现的可降解PVA的微生物大多数为细菌(如假单胞菌、巨大芽孢杆菌等),对真菌的研究较少,且对聚合物的降解过程材料学评估较少。本研究利用高通量测序分析了聚乙烯醇缩甲醛(PVFM)材料在堆肥过程中的真菌菌群结构变化,从已降解聚乙烯醇材料中筛选出可以有效降解PVA的真菌,对比了PVA1788/99、PVA2488在单菌株降解过程中的降解特性,并通过渗透凝胶色谱(GPC)及傅里叶红外分析(FTIR)分别检测PVA的分子量变化和培养液中的官能团改变,以综合探讨PVA的降解机理。本文的主要研究内容与结果如下:1、通过对降解一年、两年的PVA块状泡棉材料表面的微生物进行高通量测序分析,获得有效序列分别为83244条和73055条,其中有效的操作分类单元(OTU)分别有2963条和2926条。经Alpha生物多样性的计算分析可知:降解两年的样本中真核生物的种类丰富度优于降解一年的样本。表明随着降解时间的延长,微生物的多样性在增加。2、在门分类水平上,降解一年的PVA块状泡棉材料的优势菌群为Ascomycota(占比69.83%),降解两年的PVA块状泡棉材料的优势菌群为Ascomycota(占比31%)、Zygomycota(占比19.3%)。在属分类水平上,降解一年的PVA块状泡棉材料的优势菌群为Galactomyces(占比49.86%);降解两年的PVA块状泡棉材料的优势菌群为Mortierella(占比19.05%)、Pseudogymnoascus(占比18.98%)。可以看出随着降解时间的变化,对聚乙烯醇的主要作用菌群结构和种类也发生了明显的变化。但其中Galactomyces和Pseudogymnoascus均属于Ascomycota,表明Ascomycota类的真菌对聚乙烯醇材料的生物降解具有很大潜力。3、从降解材料表面分离得到了3株可有效降解聚乙烯醇的菌株,通过对其微生物形态学观察和ITS4/5序列分析,分别鉴定为Eutypella sp.BJ、Aspergillus sp.12B、Dirkmeia sp.M19,其中Eutypella sp.BJ、Aspergillus sp.12B均属于Ascomycota。4、在降解周期内,菌株Eutypella sp.BJ、Aspergillus sp.12B对PVA1788的降解率分别达到87.4%和80.9%,对PVA1799的降解率分别为86.31%和79.89%,对PVA2488的降解率分别为44.8%和41.1%。两株真菌对17系列聚乙烯醇材料的降解率明显高于24系列的PVA2488,说明较低聚合度有利于微生物降解;而对于聚合度相同、醇解度相近的PVA1799、PVA1788材料来说,两株真菌对其的作用差别不大,结果表明PVA聚合物的醇解度对生物降解的影响程度较小。5、在对聚乙烯醇材料进行生物降解过程的实验中发现,在菌株Eutypella sp.BJ作用下,PVA1799的重均分子量由初始的71387逐渐下降为24238.3;在菌株Aspergillus sp.12B的作用下,PVA1799的重均分子量也由初始的71387逐渐下降为38419。说明两株真菌对聚乙烯醇均具有较好的降解效果,且Eutypella sp.BJ的降解效果要优于Aspergillus sp.12B。另外,随着聚合物材料生物降解重均分子量下降的同时,有不少的羧酸类物质产生。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X592;X172
【部分图文】：

图 2-1 Miseq 测序数据分析流程图Fig. 2-1 The flowchart of Miseq pyrosequencing data analysis2.3.5.2 数据处理与统计Illumina Miseq 原始图像数据文件主要由CASAVA碱基来进行识别（ Base Calling），进而转变为原始测序序列（ Sequenced Reads），即 Raw Data或 Raw Reads，最终存储的格式具体为 FASTQ，涵盖了序列信息和测序质量信息。本过程主要包括两部分内容，即通过barcode对样品序列进行有效区分，实施QC 检测，完成参数设定，从而将非特异性扩增序列以及嵌合体有效的去除。数据预处理：对 Miseq 测序序列进行分析可知，其拥有引物、接头序列，同时还拥有着barcode序列。首先将接头序列去除，基于 PE reads间overlap关系，拼接reads为序列，依托barcode标签序列对样品数据进行识别以及区分，实施质控过滤，进而取得了有效数据。拼接序列的 overlap 区域允许的最大错配比率是 0.1；去除 reads 尾部质量值低

概率是非常低的。体现出测序Nn1 1 （NA 提取纯化，完成后采用 1%的琼脂，详见图 2-2。图中，“2Y”示降解时间为 1 年的聚乙烯醇图可见，目的基因DNA 条带清DNA 含量较高，在实验中可以

-3 样品 PCR 扩增产物琼脂糖电 electrophoresis pattern of samples嵌合体结果序引物接头，充分考虑 PE reads成了相应的序列，overlap区域错分割，将 reads 尾部质量值低于有效切除，将数据短序列有效的质控，这样也就可以获得高质量00-500 范围内，经过质控后，序中（如图 2-4 所示）；另外经过左右，说明数据预处理有效，可始序列数目占 1Y 样本序列数目
【参考文献】

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本文编号：2860432