一株棘孢木霉的筛

发布时间：2020-10-25 23:42

　　 秸秆是一种蕴含大量生物质能源的可再生资源,将秸秆进行厌氧发酵是进行能源转化的有效方式。然而,秸秆材料中的纤维素被不易降解的木质素包裹,经预处理可提高秸秆厌氧发酵产甲烷效率。在现有的预处理技术中,生物预处理以反应条件温和、操作简便、不造成二次污染成为理想的预处理方法,而选育木质素高效降解菌是提高秸秆生物预处理效果的关键。本文在土壤腐殖质中筛选出一株高效降解木质素的产漆酶菌株1285,对其进行了初步鉴定。为进一步提高该菌在秸秆厌氧发酵中的生物预处理效率,展开了该菌株的预处理效果评价、培养条件优化、生物预处理厌氧发酵产气应用等研究,主要结论如下:(1)经过初筛和复筛,在土壤腐殖质样品中分离筛选出一株可分泌漆酶的1285菌株,该菌可使PDA-愈创木酚平板产生紫红色的显色反应;摇床培养菌株发酵产酶复筛试验结果显示发酵液中有较高的漆酶酶活力:395.06±3.67U/L,但是未检测到木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶酶活。将1285菌株与已有的秸秆生物预处理菌株Strepomyces rochei、Pleurotus ostreatus的预处理效果比较发现,1285菌株对麦秸的预处理效果优于S.rachei、P.ostreatus,其中对未灭菌的麦秸木质纤维素降解效果最明显,处理效果最佳:干物质、纤维素、半纤维素、木质素损失率分别为8.75±0.10%、2.54±0.20%、15.86±0.36%、16.92±0.63%,处理后秸秆浸提液SCOD为2180±20 mg/L,TVFA含量237.41±6.01μg/L,还原糖含量241.63±7.95μg/mL。因此,1285菌株在秸秆生物预处理过程中有很好的应用潜力。1285菌株在PDA平板上生长时菌丝白色绒毛状,生长速度快,可产生绿色孢子,显微镜下可观察到对称生长,呈树状的分生孢子梗,它的ITS基因序列与NCBI数据库中Trichoderma asperellum(KM246751)相应的序列有99%的相似度,综合这些特征将其鉴定为Trichohedma asperellum 1285(棘孢木霉1285)。(2)为了应对秸秆厌氧发酵工程化应用生物预处理过程中对微生物的高需求量,提高预处理效率,需对T.asperellum 1285培养条件进行优化。通过单因素和响应面法对T.asperellum1285的培养条件进行优化。单因素优化得出,最适碳源为葡糖糖,浓度30-70g/L;最适氮源为酵母浸粉,浓度为5-25g/L;适合的温度范围为25-35℃;适宜的pH范围为2-4。响应面优化出T.asperellum1285的最适培养条件为:葡萄糖50 g/L,酵母浸粉14g/L,pH3.2,温度32℃,菌丝干重预测值0.66g。根据预测设计试验验证发现,菌丝干重实际值为0.67±0.01g,比优化前提高2.39倍。(3)为了确定T.asperellum1285的最佳预处理时间并研究生物预处理后麦秸厌氧发酵产气状况,将T.asperellum1285分别预处理麦秸Od、2d、4d、6d、8d、10d发现,处理8 d时效果最好,麦秸干物质损失率达6.13±0.32%,木质素损失率14.13±0.73%、半纤维素损失率18.58±0.73%、纤维素损失率9.94±0.53%,木质素被有效降解。扫描电镜结果进一步证明麦秸经T.asperell1285预处理,木质素可被有效降解而纤维素保留并暴露在外,有利于厌氧发酵产甲烷的进行。麦秸经T.asperellum1285处理8d后进行厌氧产甲烷发酵,50 d内总产气量和总产甲烷量分别为14774.3±216.56mL、7638.9±165.36 mL,较对照组分别提高14.05%、16.01%,甲烷含量影响不大。以上研究结果表明该菌在秸秆生物预处理方面具有较好的应用前景。
【学位单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：Q93;S216.4
【部分图文】：

Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｎｔ?ｃｅｌｌ?ｗａｌｌｓ??农作物稻巧主要是由碳、氨、氧等元素组成的一系列结构复杂的有机物，而主要??结构组成为植物细胞壁，其结构如图１－１所示Ｐ１。由图１－１可知，植物细胞壁的骨架主??要由纤维素、半纤维素和木质素共同组成，其中，纤维素处于细胞壁内部，呈束状结??构；半纤维素处于木质素和纤维素之间，可起到将二者连接起来的作用；而处于最外??侧的网状结构为木质素，由于其结构坚硬，对内部的纤维素可起到一定的保护作用，??也使得植物细胞壁具有较强的硬度Ｗ。此外，由于木质素是一种由芳香族化合物相互??联结而成的高聚物，难溶于水，因此被包裹于内部的纤维素也难Ｗ水解。常见的农作??物稻巧残留物中，半纤维素、纤维素和木质素的总和约占相应稻轩总量的＾％－８５％，??并且它们的含量在不同种类的农作物稻杆中分别占有不同的比例（如表１－１所示）Ｗ－Ｗ。??表１－１不同农作物括軒巧维素、半纤维素、木质素的组成???Ｔａｂｌｅ?１－１?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?Ｃｒｏｐ?ｓｔｒａｗ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，?ｈｅｍｉｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，?ａｎｄ?ｌｉｇｎｉｎ???＾?半纤维素（％）?纤维素（％）?木质素（％）??大豆稻杆?２６?３４?２２??高梁轩?２６?３９?２０??玉米稻巧?２８?４１?９??麦稻?３０?４５?１５??油菜杆?１９?３７?１８??稻草?２７?３８?１３???甘庶渣?＾＾?２４??１．２．１纤维素??在自然界中

２．２．３．１平板生长特性??在ＰＤＡ平板上，菌株口８５菌落起初为白色，圆形，并逐步向四周扩散，３ｄ菌丝即??可铺满直径为９?ｃｍ的平板，如图２－５（Ａ）所示，气生菌丝较发达呈白色绒毛状，随着菌??落的生长从中央开始产生绿色的抱子，菌落背面无明显颜色变化。菌株口?８５在ＰＤＡ－??愈创木陳）平板上，生长速度略慢，约５－７?ｄ可铺满平板，如图２－５（巧所示，同时抱子??的产生几乎与茜丝的生长同步，并在菌落表面产生明显的绿色环带，但是在ＰＤＡ－愈创??木嘛平板上可Ｗ明歷观察到培养基变为深红色，如图２－５（Ｃ）所示，是由于菌株１２８５分??泌漆酶氧化愈创木齡而产生红色的氧化产物的缘故。??图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．菌龄３ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ平板；Ｂ．菌龄５ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ？愈创木動平板；Ｃ．菌龄５?ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ－愈??创木齡平板背面??２０??

?５００??波数ｃｍ＇??图２－４菌株１２８５预处理麦稽注外光谱图??Ｆｉｇ．?２－４?Ｔｈｅ?ＦＴＩ民?ｓｐｅｃｔｒａ?０化ｉｏｐｒｅｔ化ａｔｅｄ?ｗｈｅａｔ?ｓｔａｗ?ｂｙ?Ｚ?幻ｗｅ厂６化淵?１２８５??２．２．３菌株的形态学特征??２．２．３．１平板生长特性??在ＰＤＡ平板上，菌株口８５菌落起初为白色，圆形，并逐步向四周扩散，３ｄ菌丝即??可铺满直径为９?ｃｍ的平板，如图２－５（Ａ）所示，气生菌丝较发达呈白色绒毛状，随着菌??落的生长从中央开始产生绿色的抱子，菌落背面无明显颜色变化。菌株口?８５在ＰＤＡ－??愈创木陳）平板上，生长速度略慢，约５－７?ｄ可铺满平板，如图２－５（巧所示，同时抱子??的产生几乎与茜丝的生长同步，并在菌落表面产生明显的绿色环带，但是在ＰＤＡ－愈创??木嘛平板上可Ｗ明歷观察到培养基变为深红色，如图２－５（Ｃ）所示，是由于菌株１２８５分??泌漆酶氧化愈创木齡而产生红色的氧化产物的缘故。??图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．菌龄３ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ平板；Ｂ．菌龄５ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ？愈创木動平板；Ｃ．菌龄５?ｄ的菌株１２８５?ＰＤＡ－愈??创木齡平板背面??２０??
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本文编号：2856142