产氢产乙酸互营共培养体的结构改良与基质转化能力研究

论文摘要

有机废水厌氧生物处理系统中,产氢产乙酸菌群的生态位位于产酸发酵菌群和产甲烷菌群之间,其产氢产乙酸作用对厌氧消化过程具有显著限制作用。然而,由于互营共生的特性,产氢产乙酸菌的分离纯化十分困难,纯培养物匮乏,极大地限制了厌氧发酵系统中产氢产乙酸作用的研究。本课题以获得产氢产乙酸菌纯培养物为目标,借助向富集得到的产氢产乙酸互营共培养体中投放已知耗氢的产甲烷菌的方法,通过传代培养,淘汰共培养体中的其他耗氢微生物,从而达到简化菌群结构、增加菌群组成透明度的目的,为进一步研究产氢产乙酸菌的生理生态特性奠定基础。研究首先通过复壮培养,从前期得到的产氢产乙酸互营共培养体中优选出丙酸氧化型和丁酸氧化型互营共培养体各4个。PCR-DGGE技术对其群落组成分析结果表明,丙酸氧化型互营共培养体中的产氢产乙酸菌模式菌株为Pelotomaculum schinkii HHT,其伴生菌含有产氢梭菌Clostridium和消化球菌属Peptococcaceae等;丁酸氧化型互营共培养体重得产氢产乙酸菌为脱硫弧菌Desulfotomaculum,其伴生菌为产氢梭菌Clostridium等。从现有菌种库中选择了具有典型形态结构和耗氢代谢特征显著的标准菌株巴氏甲烷八叠球菌（ Methanosarcina barkeri ）和亨氏甲烷螺菌（Methanospirllum hungatei）,并以其为耗氢菌对筛选的互营共培养体进行了结构改造。结果表明,编号分别为丙D（丙酸氧化型）和丁T（丁酸氧化型）互营共培养体,在加入巴氏甲烷八叠球菌后变现出了更强的产氢产乙酸能力。其中,改良后的丙酸氧化型互营共培养体丙D,在37℃、pH 6.5、丙酸浓度2000 mg/L和NH4Cl 750 mg/L的条件下,对丙酸的转化能力最强,可作为进一步研究产氢产乙酸互营共培养体生理生态特性及分离产氢产乙酸菌纯培养物的样品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 废水厌氧生物处理微生物生态学研究进展
• 1.1.1 废水厌氧生物处理技术发展概况
• 1.1.2 厌氧生物处理系统中的微生物群落及其功能
• 1.1.3 厌氧生物处理微生物生态学研究现状
• 1.2 产氢产乙酸菌的研究现状
• 1.2.1 产氢产乙酸菌的发现及其分类地位
• 1.2.2 产氢产乙酸菌的生理生态特性
• 1.2.3 产氢产乙酸菌纯培养物
• 1.3 产氢产乙酸菌分离纯化障碍分析
• 1.3.1 互营共生的生态习性
• 1.3.2 难以模拟的自然生态条件
• 1.3.3 生态位的隔离
• 1.4 课题来源、研究意义以及主要研究内容
• 1.4.1 课题来源及研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 实验装置、材料与方法
• 2.1 试验装置
• 2.1.1 厌氧培养基的配置装置
• 2.1.2 互营共培养体的培养装置
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 菌种来源
• 2.2.2 产氢产乙酸互营共培养体培养基
• 2.2.3 产甲烷菌培养基
• 2.3 常规分析项目与方法
• 2.3.1 发酵气体成分及含量的测定
• 2.3.2 液相末端发酵产物的测定
• 2.3.3 菌液OD值的测定
• 2.4 生物相观察与分子生物学分析
• 2.4.1 生物相观察
• 2.4.2 分子生物学分析
• 第3章 产氢产乙酸互营共培养体的筛选及结构改良
• 3.1 产氢产乙酸共培养体的活化与筛选
• 3.1.1 产氢产乙酸共培养体的活化
• 3.1.2 产氢产乙酸共培养体的筛选
• 3.2 产氢产乙酸菌共培养体的定向改良
• 3.2.1 产甲烷菌的选择
• 3.2.2 互营共培养体的改良
• 3.3 产氢产乙酸互营共培养体的形态观察
• 3.4 产氢产乙酸互营共培养体的群落结构解析
• 3.4.1 互营共培养体DGGE群落组成分析
• 3.4.2 系统发育树的构建
• 3.5 本章小结
• 第4章 产氢产乙酸互营共培养体基质转化特性
• 4.1 丁酸氧化型互营共培养体基质转化特性
• 4.1.1 改良前共培养体对丁酸转化特性
• 4.1.2 改良后共培养体丁酸转化特性
• 4.1.3 丁酸氧化型共培养体改良前后基质转化特性对比
• 4.2 丙酸氧化型互营共培养体基质转化特性
• 4.2.1 改良前共培养体丙酸转化特性
• 4.2.2 改良后共培养体丙酸转化特性
• 4.2.3 丙酸氧化型共培养体改良前后基质转化特性对比
• 4.3 丙酸氧化型互营共培养体主要生态因子研究
• 4.3.1 丙酸浓度对共培养体的代谢的影响
• 4.3.2 氯化铵浓度对共培养体的代谢的影响
• 4.3.3 温度对共培养体的代谢的影响
• 4.3.4 pH对共培养体的代谢的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果
• 致谢