木质纤维素降解菌的筛选鉴定及降解产物研究

论文摘要

木质素结构复杂,且影响着纤维素和半纤维素的利用,生物降解是一种安全、高效的降解方式。本研究从不同分离源中筛选具备木质纤维素降解能力的细菌,旨在通过筛选鉴定获得功能菌株并分析其降解特性与降解机制,最后将菌株应用于干草中,研究其对干草品质的提升效果。本研究主要分为四部分试验。试验一通过初步筛选,在17株菌中获得目标菌株12株,再将刚果红和苯胺蓝等染色剂加入培养基,通过水解圈产生的有无进行复筛,得到6株功能菌,同时进行不同碳源利用试验。本试验筛选鉴定了具备木质素降解能力的6株细菌,分别为阿氏芽孢杆菌（Bacillus aryabhattai）、约氏不动杆菌（Acinetobacter johnsonii）、鲁菲不动杆菌（Acinetobacter lwoffii）、云南微球菌（Micrococcus yunnanensis）、类动胶杜擀氏菌（Duganella zoogloeoides）和鞘氨醇杆菌（Sphingobium yanoikuyae）。试验二首先完成菌株降解碱性木质素效率的测定,然后测定木质素过氧化物酶（Lip）活性、锰氧化物酶（Mnp）活性、漆酶（Lac）活性以及纤维素酶活性。并研究了木质素过氧化物酶和锰氧化物酶活性对不同温度的响应。6株菌降解碱性木质素的降解率达到38.853.5%。测定菌株酶活,约氏不动杆菌和鲁菲不动杆菌Lip酶活性在第三天时最高分别为6594 U·L-1和7151 U·L-1,类动胶杜擀氏菌和云南微球菌Mnp活性发酵48 h后最高,分别为13529 U·L-1和12533 U·L-1。6种功能菌株降解木质素条件温和,不动杆菌的两种酶活性最适温度均为35℃。试验三则主要研究了功能菌株降解碱性木质素的产物,及其降解机制分析。首先通过三种不同极性溶剂分别进行气相色谱质谱联用分析发酵液中产物,分析其可能的降解途径。6株菌的降解产物较为相似,均代谢产生了十六烷酸、十八烷酸和戊酸内酯,而2,2’-二甲基联苯、2,2’,5,5’-四甲基联苯、乙酰丁香酮、邻苯二甲酸二丁酯等芳香有机物被降解利用。6株菌可能均能通过联苯代谢途径和邻苯二甲酸二丁酯（DBP）好氧代谢途径利用芳香有机物。试验四通过设计实验室压捆机,并制作实验室干草捆,接种降解菌悬液30天后通过近红外法（NIRS）测定干草营养成分以及评估饲草品质,结果显示苜蓿干草接种菌剂后均有不同程度提高,其中鲁菲不动杆菌对养分和品质提升最高,而燕麦干草接种菌剂后则并无提升。本研究筛选出6株降解木质纤维素的细菌,这些菌剂对苜蓿干草品质提升效果明显,其中鲁菲不动杆菌表现最佳。筛选的这些菌株为木质素生物质能源利用,尤其为饲草高效利用提供了一些资源和指导。

论文目录

摘要

1 前言

1.1 木质纤维素概述

1.1.1 木质纤维素来源及组成

1.1.2 木质素结构及理化性质

1.1.3 纤维素结构及理化性质

1.1.4 饲草中木质纤维素

1.2 木质纤维素微生物降解研究概述

1.2.1 降解木质素主要微生物种类与相关酶

1.2.2 降解纤维素主要微生物种类与相关酶

1.2.3 微生物降解木质素的应用

1.2.4 微生物降解纤维素的应用

1.2.5 木质纤维素生物降解研究进展

1.3 研究目的与研究内容

1.3.1 研究目的与意义

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

2 试验材料和方法

2.1 试验材料与仪器

2.1.1 试验试剂

2.1.2 培养基

2.1.3 试验仪器

2.2 菌株筛选鉴定方法

2.2.1 木质纤维素降解菌初筛

2.2.2 木质纤维素降解菌复筛

2.2.3 菌株序列分析及亲缘关系分析

2.2.4 生长曲线建立

2.2.5 扫描电镜分析

2.2.6 不同类型木质纤维素利用

2.3 菌株降解能力试验方法

2.3.1 木质素降解率测定

2.3.2 纤维素降解酶活性测定

2.3.3 木质素过氧化物酶活性测定

2.3.4 木质素锰氧化物酶活性测定

2.3.5 漆酶活性测定

2.3.6 不同温度对木质素过氧化物酶和锰氧化物酶活性影响

2.4 降解产物测定方法

2.5 木质素降解菌在干草中的应用

2.5.1 实验室压捆机的设计

2.5.2 实验室干草捆的制作

2.5.3 实验室干草捆品质分析

2.6 数据处理

3 结果与分析

3.1 木质纤维素降解菌筛选

3.1.1 木质纤维素降解菌筛选

3.1.2 木质纤维素降解菌生长曲线

3.1.3 木质纤维素降解菌电子扫描电镜观察

3.1.4 木质纤维素降解菌亲缘分析

3.1.5 菌株对不同木质纤维素的利用

3.2 木纤维素降解能力分析

3.2.1 木质素降解率

3.2.2 纤维素酶活性

3.2.3 木质素过氧化物酶活性

3.2.4 木质素锰氧化物酶活性

3.2.5 漆酶活性

3.2.6 不同温度对木质素过氧化物酶活性影响

3.2.7 不同温度对木质素锰氧化物酶活性影响

3.3 降解产物分析

3.3.1 不同菌株降解过程pH变化

3.3.2 利用正己烷作为溶剂分析降解产物

3.3.3 利用1,4-二氧六环作为溶剂分析降解产物

3.3.4 利用乙酸乙酯作为溶剂分析降解产物

3.4 木质素降解菌在干草中的应用分析

4 讨论

4.1 菌株筛选结果

4.1.1 阿氏芽孢杆菌

4.1.2 不动杆菌

4.1.3 鞘氨醇杆菌

4.1.4 其它菌

4.2 木质纤维素降解能力

4.2.1 木质素降解率

4.2.2 木质素酶系活性

4.2.3 温度对木质素过氧化物酶和锰氧化物酶活性影响

4.3 木质素降解产物

4.4 木质素降解菌在干草中的应用

5 结论

参考文献

ABSTRACT

附录

致谢

个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 熊乙

导师: 许庆方

关键词: 木质素,降解,细菌,酶活性,降解产物,干草

来源: 山西农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 山西农业大学

基金: “十三五”国家重点研发计划干草低损耗高品质规模化生产及产品加工技术研究与示范( 2017YFD0502103-02),公益性行业(农业)科研专项(201303061)项目 “全株玉米安全高效青贮工艺技术优化与示范”

分类号: Q939.9

DOI: 10.27285/d.cnki.gsxnu.2019.000303

总页数: 78

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