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产氢产乙酸互营共培养体的筛选及特性研究

作　者: 刘枫
导　师: 李建政
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微生物学
关键词: 产氢产乙酸菌互营共培养体 PCR-DGGE
分类号: Q93-3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 90次
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内容摘要

传统观点认为,产甲烷作用是厌氧消化过程的限速步骤。然而,前期研究发现,产氢产乙酸菌群的生态幅要比产甲烷菌更加狭窄,对环境的变化更加敏感,其代谢强度直接决定了产甲烷菌群的增殖和代谢能力,因此提出了“产氢产乙酸菌群的产氢产乙酸作用是厌氧消化的第一限速步骤”的学术观点。资料显示,对于产氢产乙酸菌的研究一直进展缓慢,虽然现今已在特定条件下获得了一些产氢产乙酸的纯培养物,但均未能使其在提高厌氧消化速率方面发挥应有的效能。鉴于这一现状,产氢产乙酸互营共培养体的分离筛选不失为一个更好的选择。论文首先针对产氢产乙酸菌分离和培养困难的技术问题,通过培养基的改良和培养条件的优化,攻克了产氢产乙酸菌无法在液体培养基中增殖的难题,最终分离筛选到高效的产氢产乙酸互营共培养体7-m-2a和11-O-1,培养30 d后,其乙酸产量分别为2385 mg/L和3061 mg/L;单位体积产氢量分别达到447.50 mL/L-culture和484.82 mL/L-culture。通过PCR-DGGE分子检测手段,分析了7-m-2a和11-O-1两个共培养体的种群结构。在PCR-DGGE图谱中,7-m-2a培养物显示出7个条带,11-O-1则呈现出9个条带,说明这两个培养物均为微生物的混合培养物。将扩增得到的所有16SrDNA序列进行克隆、测序和分析,证明这两个共培养体均含有专性的互营产乙酸菌及其伴生菌,但其中的伴生菌并不是传统观念上的产甲烷菌或硫酸盐还原菌,比对结果是能利用甲酸盐和H2-CO2的Uncultured bacterium 054E12_B_DI_P58和Sedimentibacter sp. JN18_A14_H,所以共培养体在代谢过程中并不产生CH4或H2S,但却有剩余的氢气和乙酸。生态因子对7-m-2a和11-O-1两个共培养体的生长和产氢产乙酸特性研究表明,以丁酸作为底物(10 g/L),以胰蛋白胨和酵母膏作为氮源时,7-m-2a在45℃、初始pH 8的条件下,具有最佳的生长和产氢产乙酸能力;11-O-1则在45℃、初始pH 7时具有最大的生长和产氢产乙酸能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-23
  1.1 废水的厌氧生物处理技术  10-14
    1.1.1 厌氧生物处理技术的发展历史和研究现状  10-12
    1.1.2 厌氧生物处理系统中的微生物群落及其作用  12-13
    1.1.3 厌氧消化系统的微生物生态学研究现状  13-14
  1.2 产氢产乙酸细菌的发现及研究  14-18
    1.2.1 产氢产乙酸细菌的发现  14-15
    1.2.2 互营联合培养概念的提出  15
    1.2.3 产氢产乙酸细菌的纯培养  15-16
    1.2.4 产氢产乙酸细菌的国外研究现状  16-17
    1.2.5 产氢产乙酸细菌的国内研究现状  17-18
  1.3 产氢产乙酸细菌的特性  18-20
    1.3.1 产氢产乙酸细菌的厌氧降解特性  18
    1.3.2 产氢产乙酸细菌的生物学特性  18-20
  1.4 共培养体的筛选  20-21
  1.5 课题来源、研究意义以及主要研究内容  21-23
    1.5.1 课题来源及研究意义  21
    1.5.2 主要研究内容  21-23
第2章试验装置、材料与方法  23-39
  2.1 试验装置与技术  23-26
    2.1.1 厌氧折流板反应器试验装置  23-24
    2.1.2 间歇培养试验装置  24
    2.1.3 厌氧操作实验技术  24-26
  2.2 其他仪器与设备  26
  2.3 试验材料  26-29
    2.3.1 试验采用的微生物  27
    2.3.2 培养基  27-28
    2.3.3 无细胞瘤胃液  28
    2.3.4 无菌发酵上清液  28-29
  2.4 理化分析项目与方法  29-31
    2.4.1 理化分析项目  29
    2.4.2 发酵气体成分及含量的测定  29-30
    2.4.3 液相末端发酵产物的测定  30
    2.4.4 苯甲酸含量的测定  30-31
  2.5 微生物形态学观察  31-32
    2.5.1 光学显微镜观察  31
    2.5.2 电子显微镜(SEM)扫描观察  31-32
    2.5.3 荧光显微镜观察  32
  2.6 分子生物学分析项目与方法  32-39
    2.6.1 基因组DNA的提取及其PCR  32-34
    2.6.2 变性梯度凝胶电泳（DGGE）菌落结构分析  34-37
    2.6.3 16S rDNA 基因序列的系统进化分析  37-39
第3章产氢产乙酸互营共培养体的筛选  39-57
  3.1 产氢产乙酸互营共培养体的筛选方法的改进  39-45
    3.1.1 培养基的优化  40-43
    3.1.2 富集与筛选  43-45
  3.2 产氢产乙酸互营共培养体的筛选  45-49
    3.2.1 产氢产乙酸菌群的富集结果  45-47
    3.2.2 产氢产乙酸互营共培养体的分离与优选  47-49
  3.3 产氢产乙酸互营共培养体中典型菌体形态观察  49-50
  3.4 产氢产乙酸互营共培养体菌群结构解析  50-55
    3.4.1 共培养体DNA 琼脂糖电泳  51
    3.4.2 基因组DNA的PCR扩增  51-52
    3.4.3 产氢产乙酸互营共培养体菌群结构分析  52-55
  3.5 本章小结  55-57
第4章产氢产乙酸互营共培养体生理生态特性研究  57-81
  4.1 产氢产乙酸互营共培养体的营养特性  57-68
    4.1.1 碳源利用特性  57-61
    4.1.2 氮源  61-68
  4.2 生态因子对产氢产乙酸互营共培养体的影响  68-80
    4.2.1 底物浓度  69-72
    4.2.2 温度  72-76
    4.2.3 pH  76-80
  4.3 本章小结  80-81
结论  81-82
参考文献  82-88
攻读学位期间发表的学术论文  88-90
致谢  90

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