产氢产乙酸互营共培养体的筛选及特性研究

论文摘要

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 054E12BDIP58和Sedimentibacter sp. JN18A14H,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。

论文目录

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