白蚁菌圃优势菌群识别及木质纤维素降解菌筛选和降解特性分析

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ericchn
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木质纤维素是一种农产品副产物,也是一种可再生材料,由木质素、半纤维素和纤维素组成,具有生产可持续能源的优良潜力。木质纤维素的转化为世界缓解能源短缺提供了一种解决办法。然而因木质纤维素的复杂结构,高值化利用率不高。自然界中,通常用真菌、细菌或者是白蚁对其进行处理,破坏其顽固结构,提升利用率。因此,本项目以无氮源培养基为条件,从收集的白蚁菌圃中筛选木质素降解菌,并对其进行鉴定,进一步对降解效果进行特性分析。主要研究结果如下:(1)木质素降解菌的筛选与鉴定:将收集的白蚁菌圃进行高通量测序结果分析。在p H=2.38~3.76时细菌物种多样性高,随着p H的增大细菌的丰度逐渐降低;而在p H=6.03~7.15时真菌的物种多样性高,随着p H的增大真菌的丰度呈现上升趋势,且从p H=2.38~3.76到p H=6.03~7.15的变化过程中白蚁菌圃的优势菌落逐渐由细菌向真菌转变。同时以无氮源的培养基,从白蚁菌圃中筛选出具有双效功能的细菌,利用染色平板对其分泌的酶进行定性分析,同时在显微镜下观察其生长形态,测定其生长曲线。经16S rRNA鉴定该菌与解鸟氨酸拉乌尔菌有较高的相似度,所以将菌株暂时命名为R.ornithinolytica RS-1,即RS-1。(2)细菌降解碱木质素效果:以细菌RS-1为研究对象,观察其对单一底物碱木质素的降解效果。实验在第3 d时碱木质素浓度下降至17.89μg/m L,此时木质素降解率达到24.21%。同时测得分泌的木质素降解酶锰过氧化物酶、过氧化物酶、漆酶的活性分别为1466.67 U/L、177.42 U/L、6.94 U/L。用扫描电镜、傅里叶红外光谱和热重对降解前后碱木质素物理化学性质进行测定,表明碱木质素经菌处理后其表面结构的完整性被破坏,侧链C=O、C-O和芳香环骨架受到破坏。(3)细菌降解玉米秸秆效果:进一步用细菌RS-1对组成复杂的玉米秸秆进行降解实验。与之前测定结果变化趋势相似,在第3 d时锰过氧化物酶、过氧化物酶、漆酶活性分别为181.03 U/L、37.47 U/L、0.01 U/L,而纤维素和半纤维素酶最高达到了0.91 U/L、0.02 U/L,说明当组成结构复杂时木质素降解酶会受到影响。同时用元素分析仪和GC-MS分别对降解前后玉米秸秆元素含量变化、化学成分变化进行分析,结果都表明在实验中细菌RS-1对玉米秸秆产生了降解作用。(4)化学与生物联合处理玉米秸秆:对细菌预处理后的玉米秸秆残渣,以H2SO4、氨基磺酸和Na OH进行第二步的联合处理,最后确定了以浓度为2.5%Na OH进行再处理后纤维素转化效率最高为48.58%。为了继续研究增强糖化的原因,测定了在2.5%Na OH处理后酶水解液中葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的含量,以表明玉米秸秆组成成分含量的变化。同时结合电镜、X衍射和傅里叶红外光谱分析,综合以上结果表明细菌RS-1和2.5%Na OH共处理对玉米秸秆酶解糖化起到了积极作用,为处理木质纤维素材料提供了一条有效的途径。
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