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盐单胞菌合成PHAs条件优化及材料学性质研究

2020-12-10阅读(703)

盐单胞菌合成PHAs条件优化及材料学性质研究

论文摘要

聚羟基脂肪酸醋（Polyhydroxyalkanoates,PHA）通常作为碳源和能量储存在微生物中,因其具有与传统的石油基塑料相似的性质,又能够在自然环境下良好降解,被誉为环境友好型材料。PHA类化合物因生物相容性优良而广泛应用于医疗领域;因构成单体的不同而具有压电性、导电性,在材料领域被广泛应用;因具有生物降解性,在农业生产中以包埋杀虫剂被应用。随着对PHA研究的深入,提高PHA的合成量,降低生产成本成为PHA研究领域的热点。当以嗜盐菌作为出发菌株,可以发挥纯菌发酵所带来的高产特性,又利用嗜盐菌对高盐碱环境的耐受力可减少繁琐的灭菌环节,进而开发开放培养的低成本平台。本研究以实验室保存的嗜盐菌为基础,选取一株PHA合成量最大达41%的菌株,对其进行鉴定及发酵条件优化,采用FT-IR、DSC、XRD及降解性实验对菌株合成的PHA材料性质进行分析。Halomonassp.Z-1经苏丹黑和异染颗粒染色观察,生理生化反应分析,其革兰氏染色阴性,丙二酸盐实验阳性、西蒙氏枸橼酸盐实验阳性,不能还原硝酸盐,不能产生H2S,不能液化明胶;又经16S rDNA序列分析,鉴定为盐单胞菌（Gallomonas sp.）,并将其命名为Z-1,获得登录号为MH428215。初步研究了营养和培养条件对Halomona.s sp.Z-1发酵合成PHA的影响以及生长规律。其中,Z-1可以利用葡萄糖,蔗糖,乳糖,麦芽糖,甘露糖,可溶性淀粉等多种碳源合成PHA类化合物;对氯霉素和利福平敏感,对链霉素,庆大霉素,氨苄青霉素和卡那霉素有抗性。通过发酵实验发现,Halomonas sp.Z-1的高产PHA条件为温度37℃,pH9.0,160r/min,500mL 三角瓶装液量90mL,培养至521h,PHA合成量最大达 56%。采用红外光谱技术,将PHB标样和Hallomonns sp.Z-1合成的聚合物共同分析,结果显示其二者图谱相近,均在1726、2980、2934、2876 cm-1处出现了 PHB的特征性吸收峰,菌株Z-1利用葡萄糖、壬酸、癸酸分别作为碳源合成的产物为PHB。通过分析差示扫描量热法的温度上升曲线可知,以葡萄糖作为碳源,产物的Tm值为61.40℃;以己酸作为碳源,Tm,值为62.3C℃;以壬酸作为碳源,Tml值为53.40℃;以癸酸作为碳源,Tm,值为70.40℃;以十一酸作为碳源,Tm值为77.40℃;即底物的选择影n响产物的组成和性质。葡萄糖,丁酸,戊酸分别作为碳源合成的PHA类化合物,在两个月内,减重率都在66%左右,说明在自然条件下Halomonas sp.Z-1的PHA类产物有极好的降解性。综上,Halomonas sp.Z-1作为PHA类化合物合成平台具有较高的优越性,为后续进一步研究其在开放条件下利用廉价底物奠定基础,同时,也为未来大规模生产应用提供必要理论依据。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 聚羟基脂肪酸酯（PHA）简介
  •     1.1.1 PHA的组成与分类
  •     1.1.2 PHA的性质
  •     1.1.3 PHA的应用
  •   1.2 PHA的生物合成
  •     1.2.1 纯菌种生物合成PHA
  •     1.2.2 基因工程菌生物合成PHA
  •     1.2.3 混合菌生物合成PHA
  •   1.3开发低成本PHA生产技术
  •     1.3.1 廉价底物的使用
  •     1.3.2 菌株的选择
  •   1.4 嗜盐菌生物合成PHA的研究进展
  •     1.4.1 嗜盐菌的生物特性及分类概述
  •     1.4.2 嗜盐菌生物合成PHA的分类
  •     1.4.3 嗜盐菌生物合成PHA的影响因素
  •   1.5 本论文目的及意义
  • 2 高产PHA菌株的筛选
  •   2.1 木章引论
  •   2.2 实验材料
  •     2.2.1 实验菌株
  •     2.2.2 实验试剂
  •     2.2.3 实验仪器
  •   2.3 实验方法
  •     2.3.1 常用培养基的配制
  •     2.3.2 种子液活化培养基
  •     2.3.3 发酵培养基
  •     2.3.4 细胞干重分析
  •     2.3.5 PHA提取方法
  •     2.3.6 PHA样品分析
  •     2.3.7 盐浓度对菌株生物量的影响
  •     2.3.8 PHA合成量
  •   2.4 实验结果与分析
  •     2.4.1 形态特征
  •     2.4.2 不同盐浓度下菌株生物量的分析
  •     2.4.3 PHA合成量分析
  •   2.5 本章小结
  • 3 高产PHA菌株的鉴定及理化性质分析
  •   3.1 本章引论
  •   3.2 实验材料
  •     3.2.1 实验菌种
  •     3.2.2 实验试剂
  •     3.2.3 实验仪器
  •   3.3 实验方法
  •     3.3.1 菌株的培养和发酵
  •     3.3.2 菌种的染色观察
  •     3.3.3 菌株生理生化反应
  •     3.3.4 菌株抗性检测
  •     3.3.5 PCR扩增
  •     3.3.6 系统发育进化树的构建
  •   3.4 实验结果与分析
  •     3.4.1 染色结果分析
  •     3.4.2 生理生化鉴定分析
  •     3.4.3 抗性分析
  •     3.4.4 基因组DNA的提取及系统发育树的构建
  •   3.5 本章小结
  • 4 Halomonas sp. Z-1生物合成PHA的培养条件优化
  •   4.1 本章引论
  •   4.2 实验材料
  •   4.3 实验方法
  •     4.3.1 培养基配制
  •     4.3.2 培养时间对Halomonas sp. Z-1生物合成PHA的影响
  •     4.3.3 培养条件优化实验
  •     4.3.4 不同碳源对Halomonas sp. Z-1合成PHA的影响
  •     4.3.5 底物浓度对Halomonas sp. Z-1合成PHA的影响
  •     4.3.6 培养基pH的变化情况
  •     4.3.7 后期补料对Halomonas sp. Z-1合成PHA的影响
  •   4.4 实验结果与分析
  •     4.4.1 培养时间对PHA生产的影响分析
  •     4.4.2 发酵条件优化结果分析
  •     4.4.3 不同碳源对Halomonas sp. Z-1合成PHA的影响分析
  •     4.4.4 底物浓度对Halomonas sp. Z-1合成PHA的影响情况分析
  •     4.4.5 培养基pH的变化情况分析
  •     4.4.6 后期补料对Halomonas sp. Z-1合成PHA影响的分析
  •   4.5 本章小结
  • 5 Halomonas sp. Z-1合成的PHA材料学性质分析
  •   5.1 本章引论
  •   5.2 实验材料
  •     5.2.1 PHA材料
  •     5.2.2 实验试剂与仪器
  •   5.3 实验方法
  •     5.3.1 PHA样品的制备
  •     5.3.2 红外光谱分析（FT-IR）
  •     5.3.3 差示扫描量热分析（DSC）
  •     5.3.4 结晶性能分析
  •     5.3.5 PHA材料的降解性
  •   5.4 实验结果与分析
  •     5.4.1 红外光谱分析（FT-IR分析）
  •     5.4.2 差示扫描量热分析法（DSC）
  •     5.4.3 结晶性能分析
  •     5.4.4 Halomonas sp. Z-1合成的PHA材料降解性分析
  •   5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张梦颖

    导师: 刘长莉

    关键词: 聚羟基脂肪酸酯,聚羟基丁酸酯,发酵条件,碳源,材料性质

    来源: 东北林业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,有机化工,一般化学工业

    单位: 东北林业大学

    分类号: Q939.9;TQ920.6;TQ317

    DOI: 10.27009/d.cnki.gdblu.2019.000672

    总页数: 63

    文件大小: 5224K

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