论文摘要
随着经济社会的发展,能源需求持续增长,能源资源和环境问题日益突出,加快开发利用可再生能源是应对日益严峻的能源和环境问题的必然选择。本文以熊猫肠道转化纤维素为电能的产电细菌的筛选和应用为主题,从以下几个方面开展了研究。1.以熊猫肠道微生物为研究对象,筛选并分离能同时降解纤维素并产电的菌株,经富集培养,从初筛的6株细菌中挑选出一株转化纤维素为电能的能力最强的菌株,16S r RNA基因测序结果表明该菌株属于纤维单胞菌属Cellulomonas,命名为LZ-P1。进一步检测发现菌株LZ-P1能分别以CMC、微晶纤维素、木聚糖、阿拉伯糖、玉米秸秆为唯一碳源生长并进行细胞外电子传输（Extracellular electron transfer,EET）。2.已有的从熊猫肠道分离的纤维素降解菌的研究主要集中在菌株对纤维素代谢能力的研究,对产电方面的研究涉及较少。为了深入了解菌株LZ-P1利用纤维素类物质产电的机理,本研究将菌株进行了全基因组测序,然后将得到的基因组序列进行生物信息学分析和功能研究。结果显示LZ-P1基因组上有大量与编码纤维素酶、半纤维素酶的基因、编码纤维素结合以及细胞外电子传输EET相关的蛋白,从遗传水平上说明菌株LZ-P1具有转化纤维素为电能的潜力,佐证了前期的表型实验。3.在基因组分析的基础上,进一步以蛋白质谱为研究手段,考察了菌株在以葡萄糖为碳源和以纤维素为碳源时差异表达蛋白,以及菌株在开路状态和闭路状态条件下的差异表达蛋白,结果显示菌株LZ-P1中与纤维素/半纤维素降解（内切葡聚糖酶,β-葡糖苷酶和内切木聚糖酶）以及EET（细胞色素C氧化酶和核黄素生物合成蛋白）相关的蛋白质在转化纤维素为电能的过程中都上调表达,基于这些上调表达蛋白,初步推测菌株LZ-P1作为熊猫肠道共生微生物在熊猫食物消化和营养代谢中发挥重要作用。4.最后一部分研究主要集中在菌株LZ-P1资源应用开发上,这部分以废纸张回收废水为研究对象,考察了菌株LZ-P1在废水处理中的性能。结果显示LZ-P1应用到以纸回收废水为底物的MFC中,72小时内可去除60.9%的COD,产电量为44.05 m W/m2。因此,菌株LZ-P1可应用于纸张回收废水的高效处理和能量回收。本研究的开展,有助于提升对熊猫共生肠道微生物在纤维类食物消化和营养代谢的认识和了解,为今后熊猫肠道微生物的开发和实际应用提供宝贵的菌种资源。
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摘要ABSTRACT前言 1.1 产电微生物的发现及产电机制 1.2 产电微生物的应用 1.3 能降解纤维素的产电细菌的发现及应用 1.4 肠道细菌产电研究 1.5 熊猫肠道微生物纤维素降解和产电的研究 1.6 本课题的研究内容与意义 1.6.1 研究内容 1.6.2 研究意义第二章 熊猫肠道中能利用纤维素进行产电的菌株的筛选 2.1 引言 2.2 材料和方法 2.2.1 样品收集,细菌的分离和微生物燃料电池MFC的构建 2.2.2 分离菌株的鉴定 2.2.3 检测分离菌株的纤维素降解能力和产电能力 2.3 实验结果 2.3.1 能同时降解纤维素并产电的细菌的筛选、分离和鉴定 2.3.2 检测菌株LZ-P1 的纤维素降解和发电能力 2.4 讨论 2.5 小结第三章 菌株Cellulomonas iranensis LZ-P1 全基因组测序和分析 3.1 引言 3.2 材料和方法 3.2.1 菌株LZ-P1总DNA提取 3.2.2 菌株LZ-P1 的全基因组测序及数据分析 3.3 实验结果 3.3.1 菌株LZ-P1 基因组基本信息 3.3.2 COG注释和GO分析 3.3.3 LZ-P1 基因组中编码与纤维素、半纤维素代谢相关酶的基因 3.3.4 LZ-P1 基因组中与产电相关的基因 3.4 讨论 3.5 小结第四章 菌株Cellulomonas iranensis LZ-P1 在纸回收废水中的应用及蛋白质组分析 4.1 引言 4.2 材料和方法 4.2.1 分离菌株投放MFC中进行纸回收废水处理 4.2.2 SEM分析和CV曲线 4.2.3 蛋白质组学分析 4.3 实验结果 4.3.1 菌株LZ-P1 在不同初始COD的纸回收废水中的性能 4.3.2 LZ-P1 在不同pH的纸回收废水中的性能 4.3.3 MFC运行后阳极电极的SEM和循环伏安法分析 4.3.4 利用蛋白质组学分析LZ-P1 降解纤维素并产电的机制 4.4 讨论 4.5 小结第五章 总结和展望 5.1 总结 5.2 展望第六章 创新点第七章 附录（攻读学位期间完成的其他项目——处理核废料中铀铬复合污染的抗辐射工程菌株构建） 7.1 引言 7.1.1 核能的发展 7.1.2 核废料的产生和填埋 7.1.3 核废料中铀污染和危害 7.1.4 铀污染的治理 7.2 材料与方法 7.2.1 本部分用到菌株 7.2.2 phoN和 yieF基因克隆及转化 7.2.3 YieF和 PhoN蛋白在Deinococcus radiodurans R1 中的表达 7.2.4 铬和铀生物沉淀的测定 7.2.5 细胞粗酶液对铬和铀的生物沉淀作用 7.2.6 通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）分析细胞对铀的沉淀 7.2.7 辐照对工程菌株的影响 7.2.8 利用固定化Deino-phoN-yieF细胞处理模拟的核废料污染废水 7.3 实验结果 7.3.1 宿主菌的选择 7.3.2 目的基因的选择及克隆 7.3.3 Deino-phoN沉淀铀的能力受Cr（VI）抑制 7.3.4 YieF和 PhoN在耐辐射球菌中的共表达 7.3.5 Deino-phoN-yieF降低了Cr（VI）对铀生物沉淀的抑制作用 7.3.6 Deino-phoN和 Deino-phoN-yieF细胞U（VI）沉淀的扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析 7.3.7 辐照对工程菌株还原Cr（VI）和沉淀U（VI）能力的影响 7.3.8 固定化Deino-phoN-yieF细胞用于模拟核废料废水的处理 7.4 讨论 7.5 本部分工作小结与展望 7.5.1 小结 7.5.2 展望参考文献在学期间的的研究成果致谢
文章来源
类型: 博士论文
作者: 徐荣
导师: 李祥锴
关键词: 熊猫肠道微生物,纤维素降解,细胞外电子传递,细菌全基因组,蛋白质组学分析,纸回收废水处理
来源: 兰州大学
年度: 2019
分类: 基础科学,农业科技
专业: 生物学,畜牧与动物医学
单位: 兰州大学
基金: 国家青年自然科学基金 No.31200085
分类号: S852.6
总页数: 125
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标签：熊猫肠道微生物论文; 纤维素降解论文; 细胞外电子传递论文; 细菌全基因组论文; 蛋白质组学分析论文; 纸回收废水处理论文;
