发酵产氢菌株与混合培养系统种群生态研究

发布时间：2020-03-20 01:26

【摘要】： 近年来基于乙醇型发酵制氢工艺和理论,开展了大量以提高该工艺的产氢效率、完善工程控制对策、实现工业化生产为最终目的的理论和应用研究。筛选出若干株产乙醇杆菌,获得了大量工程控制数据,研究取得了很大的进展。但是乙醇型发酵制氢工艺的工程控制对策还有待完善,产氢效率还有待进一步提高。尤其是混合菌种乙醇型发酵产氢系统的生态学机制还未完全揭示,监测手段尚需完善。本论文就是以乙醇型发酵产氢系统为核心,对筛选出的产乙醇产氢菌株进行了鉴定,并利用改进的FISH监测技术对混合菌种发酵产氢系统的细菌种群生态进行了深入研究。 分离出2株乙醇型发酵产氢菌株C12,C3。经生化和电镜以及分子生物学技术,比较了它们与本实验室原有菌株——哈尔滨产乙醇杆菌(Ethanoligenens harbinense)B49的形态特征、生理生化特征和产氢影响因子,分析了它们的16S rDNA序列和系统发育关系,以及16S-23S rRNA基因间隔区序列的相似性,确定它们应同属于哈尔滨产乙醇杆菌。并在此基础上进行了设计产乙醇杆菌属(Ethanoligenens)专一性16S rRNA寡核苷酸探针的研究。结果证明在16S rRNA基因序列中不存在产乙醇杆菌属的专一性寡核苷酸探针靶序列,应该在23S rRNA基因序列和16S-23S rRNA间隔区序列中寻找可能的片段。 对已有的环境微生物FISH实验技术进行了改进。筛选出适合用于发酵产氢菌群动态监测的寡核苷酸探针Chis150,Ent183和HGC等,并确定了它们的最佳杂交条件。初步建立了以梭菌属、产乙醇杆菌属和肠杆菌科为监测对象的FISH监测系统。然后在对以往的FISH实验方法进行分析、比较和预试验的基础上,简化了操作步骤,优化了实验条件,降低了实验成本,使之更加适合于混合菌种发酵产氢系统的快速监测。 应用改进的FISH技术,监测了连续流搅拌槽式(CSTR)发酵制氢反应器的启动阶段、乙醇型与丁酸型2种产氢发酵类型运行过程和发酵类型转化过程中的目标菌群动态,以及厌氧折流板式发酵产氢系统(ABR)中的目标菌群丰度等,并深入分析了种群生态对产氢速率、生物量和发酵产物的影响及其与发酵类型的关系。 首次发现梭菌属、产乙醇杆菌属和肠杆菌科在决定产氢发酵类型方面有重要作用。乙醇型发酵以梭菌属和产乙醇杆菌属为优势种群,丁酸型发酵以肠杆菌为优势种群。指出在混合菌种发酵产氢系统启动期有机负荷和pH值共同影响发酵类型的形成,而运行期pH值是最重要的调控因子,并对工程控制对策提出了相应建议。
【图文】：

图 3-1 三株发酵产氢菌扫描电镜和透射电镜照片3-1 The scanning electronic and transmission electronic microscope photos oa（左侧为扫描电镜照片，放大倍数为 5×103；右侧为透射电镜照片，放分别为B49、C3-2×104，C12-1.5×104）- 41 -

哈尔滨工业大学工学博士学位论文3.2.4.2 16S rDNA基因序列的同源性分析 对不同细菌的 16S rRNA序列进同源性比较分析是推断细菌的系统发育及进化关系的一个重要方法。可以用 16S rRNA恒定区序列特别保守的特点，在恒定区上设计引物，将细16S rRNA扩增出来，读取 16S rRNA序列，对不同细菌的 16S rRNA进行源性比较及分析[115]。C3、B49 的 16S rDNA序列已经测定，均可从NCB站查到，其登录号分别为AY363375(C3)，，和AY481148（B49）。把三株产菌的 16S rDNA 基因序列和与其同源性最高的 8 株细菌相比较，生成进树，如图 3-3 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：X703

【引证文献】

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本文编号：2591023