纤维素降解菌的筛选及其在秸秆干发酵产沼气中的应用

论文摘要

秸秆是最丰富的可再生资源,其主要成分为木质纤维素。本实验从田间腐朽的秸秆及土壤中分离纯化出能有效降解秸秆中木质纤维素的纤维素降解菌J33,对其进行生理生化特征的鉴定及分子鉴定,初步对该菌株产纤维素酶的酶学性质进行研究,并运用到秸秆干发酵产沼气的实验中,对秸秆干发酵产沼气工艺条件进行优化及初步了解沼渣的造肥效果。实验结果如下:1、本研究基于获得高效纤维素降解菌为目的,以羧甲基纤维素钠固体培养基为初筛培养基,从腐木中分离获得一株具有较强纤维素降解能力的菌株,命名为J33。根据菌株形态学、理化性质以及16S rDNA序列分析的鉴定结果表明,J33菌株为短小芽孢草杆菌属（Bacillus pumilus）。2、菌株J33所产纤维素酶中内切葡聚糖酶（Cx）酶活最高。在pH5,温度40℃条件下该酶的酶活最高。菌株J33所产纤维素酶的热稳定性一般,在70℃条件下保温60 min后,酶活力为40℃条件下保温60 min后酶活的28.4%。Mg2+、Ca2+可以明显提高酶活,Na2+、Fe2+、Zn2+、K+等四种金属离子则起到不同程度的抑制作用。3、本实验利用菌株J33预处理稻草秸秆后进行发酵产气实验,实验结果表明,经过菌株J33预处理的秸秆在发酵20 d后,比自然堆沤处理的秸秆发酵20 d后总产气量提高了26.7%。经过正交试验得到pH7.5,温度33℃,污泥接种量35%,含水率80%为秸秆干发酵产沼气工艺的最佳条件,在此条件下秸秆发酵的产气量提高了21.9%。4、沼渣与沼液中的营养含量有所不同,在沼液中的粗蛋白含量为0.98%,有机质含量为0.35%,沼渣中蛋白质含量为28%,有机质含量为52%,腐殖酸含量与有机质含量差异不大,而沼渣中的无机养分明显高于沼液中的无机养分。根据沼渣与床土的不同配比,观察青椒秧苗的生长情况和移栽后青椒果实产量情况,结果表明,适量的沼渣作青椒育苗有机肥可以明显提高青椒秧苗的质量,及青椒的产量。与对照组相比,沼渣与床土配比为1:1最适宜,株高增高16.5%,茎杆增粗24.1%,最大叶面积增加7.7%,产量提高9.1%,单果平均增重0.6%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 秸秆资源综述
• 1.1.1 秸秆的综合利用
• 1.1.2 秸秆预处理方法
• 1.2 纤维素及纤维素酶概述
• 1.2.1 纤维素分子结构
• 1.2.2 纤维素酶的组成
• 1.2.3 纤维素酶的分子结构
• 1.2.4 纤维素酶的作用机理
• 1.3 秸秆干发酵技术在国内外发展现状
• 1.3.1 秸秆干发酵技术在国内发展现状
• 1.3.2 秸秆干发酵技术在国外发展现状
• 1.4 选题背景、目的、意义及预期目标
• 1.4.1 选题背景、目的及意义
• 1.4.2 实验预期达到的目标
• 第2章 纤维素降解菌的分离鉴定及系统发育学分析
• 2.1 实验材料与仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 试验试剂
• 2.1.3 试验仪器
• 2.1.4 培养基
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 菌种的分离纯化
• 2.2.2 菌株的生长曲线绘制
• 2.2.3 菌种生理生化鉴定
• 2.2.4 菌株的16S rDNA 基因扩增测序及系统发育树构建
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 菌种的分离纯化
• 2.3.2 菌株的生长曲线
• 2.3.3 菌株J33 形态特征
• 2.3.4 菌株生理生化特征
• 2.3.5 分子鉴定
• 2.4 小结
• 第3章 纤维素降解菌酶学性质的初步研究
• 3.1 材料与仪器
• 3.1.1 菌种
• 3.1.2 试验试剂
• 3.1.3 试验仪器
• 3.1.4 溶液的配置
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 孢子悬浮液的制备
• 3.2.2 固态发酵
• 3.2.3 粗酶液的制备
• 3.2.4 葡萄糖标准曲线的绘制
• 3.2.5 纤维素酶活力的测定
• 3.2.6 pH 对酶活力的影响
• 3.2.7 温度对酶活力的影响
• 3.2.8 金属离子对酶活力的影响
• 3.2.9 酶的热稳定性
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 葡萄糖标准曲线的绘制及回归方程的确定
• 3.3.2 纤维素酶活力的测定
• 3.3.3 pH 对酶活性的影响
• 3.3.4 温度对酶活性的影响
• 3.3.5 金属离子对酶活性的影响
• 3.3.6 酶的热稳定性
• 3.4 小结
• 第4章 秸秆干发酵产沼气工艺条件的优化
• 4.1 材料与仪器
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 实验装置
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 秸秆预处理
• 4.2.2 秸秆中木质纤维素的测定
• 4.2.3 不同预处理秸秆的产气对比
• 4.2.4 秸秆干发酵产气条件的优化
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 发酵前后原料中木质纤维素含量的变化
• 4.3.2 不同预处理秸秆的产气对比
• 4.3.3 pH 值对沼气产量的影响
• 4.3.4 温度对沼气产量的影响
• 4.3.5 污泥接种量对沼气产量的影响
• 4.3.6 含水率对沼气产量的影响
• 4.3.7 正交试验
• 4.4 小结
• 第5章 沼渣及其造肥效果的初步研究
• 5.1 材料与仪器
• 5.1.1 主要材料
• 5.1.2 主要试剂
• 5.1.3 主要仪器
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 沼渣的成分分析
• 5.2.2 沼渣造肥效果
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 沼渣沼液的成分分析
• 5.3.2 沼渣造肥效果
• 5.4 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 特色与特点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文题录