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高效纤维素降解复合菌系RXS的微生物多样性及关键功能菌初探

作　者: 田敏
导　师: 毛忠贵
学　校: 江南大学
专　业: 生物化工
关键词: 木质纤维素复合菌系 Caloramator sp. FLJ1 梯度稀释变性梯度凝胶电泳
分类号: Q93
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

利用微生物共培养(复合菌系)的方式进行木质纤维素降解，实现纤维质废弃物的有效利用，已成为当前各国学者研究的热点。利用复合菌系降解木质纤维素，因其产生的酶系种类更加多样，同时还能避免单菌降解木质纤维素时产生的底物抑制和反馈抑制，因此可以有效降解木质纤维素。但是由于菌系中微生物种类及其代谢方式的多种多样，且微生物之间的相互作用关系及其复杂，因此对复合菌系能够长期维持其结构和功能稳定性的机理的研究显得尤为困难。本论文主要通过微生物传统培养技术结合非培养技术(PCR-DGGE)对实验室富集构建的纤维素降解复合菌系RXS进行微生物多样性分析并初步寻找该复合菌系中的关键功能菌。利用传统的平板分离技术，在PCS培养基上分离得到14株非纤维素降解菌，它们分别隶属于Bacillus sp.，Petrobacter sp.，Chelatococcus sp.和Tepidiphilus sp.。这14株菌都不具有纤维素降解能力。此外，采用DSM502培养基筛选到一株高温兼性厌氧纤维素降解细菌FLJ1，通过16S rDNA基因序列相似性分析，该菌与喜热菌属中Caloramatorsp. LSA2(AY770516)相似度达99%。Caloramator sp. FLJ1在厌氧条件下能够有效降解滤纸，第3d时其降解率便可达到46.25%，降解过程中木聚糖酶、滤纸酶、羧甲基纤维素酶酶活最大值分别为68.90、35.09和29.23U/mL。该菌分泌的木聚糖酶活性蛋白的分子量分别约为160、180和190kDa，分泌的具有羧甲基纤维素酶活性蛋白的分子量分别约为80、85和130kDa。对Caloramator sp. FLJ1的CMC酶和木聚糖酶进行酶学性质分析得知CMC酶和木聚糖酶的最适反应温度为60℃，最适反应pH为6.0。两种酶具有较好的热稳定性和pH稳定性。此外，Caloramator sp. FLJ1在以秸秆为碳源微好氧条件下产木聚糖酶酶活为890.41U/mL，对FLJ1的最佳产酶培养基进行响应面优化后最终得到最优发酵培养基(g/L)：秸秆8.68，牛肉膏6.0，NaCl9.21，KH2PO40.92，CaCO33.0，pH8.1。在接种量为2%、55℃的微好氧条件下进行培养时，FLJ1所产的木聚糖酶酶活为1273.02U/mL，与优化前相比提高了33.91%。复合菌系经梯度稀释后处理木薯渣和滤纸实验中，得出10-5为复合菌系临界稀释梯度。利用非培养技术中的DGGE技术对不同稀释梯度下处理木薯渣和滤纸时菌系组成的差异性进行分析，最终回收26条条带，序列分析后发现它们分别隶属于Clostridium sp.，Bacillus sp.，Petrobacter sp.， Thermotogae sp.和Uncultured bacterium。经分析初步判断Clostridium clariflavum DSM19732和Uncultured Paenibacillus sp.都是纤维素降解复合菌系RXS中的关键功能菌。

高效纤维素降解复合菌系RXS的微生物多样性及关键功能菌初探

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