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高效角质蛋白厌氧降解菌及其对产甲烷发酵影响的研究

作　者: 孙颖杰
导　师: 邓宇
学　校: 中国农业科学院
专　业: 微生物学
关键词: 厌氧角蛋白降解菌复合菌沼气发酵 DGGE
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

针对角蛋白难降解的国际热点问题,采用厌氧生物技术,在高温条件下反复驯化,首次在实验室获得高效角蛋白厌氧降解复合菌系,应用DGGE技术和T/A克隆文库技术,分析微生物的群落结构。从该菌系中通过厌氧过膜法分到一株具有高效厌氧降解角蛋白的新菌,该菌是其所在属首次报道具有角蛋白降解能力的菌株,为探讨角蛋白厌氧降解机制提供新鲜微生物资源,为角蛋白降解菌(或角蛋白酶)在饲料,氨基酸肥料,皮革脱毛,医药等行业的综合利用打下理论和技术基础,使废弃的角蛋白变废为宝,对我国经济的绿色可持续发展具有重要意义。试验所取得的结果如下:(1)采用厌氧操作技术,驯化了3个来自不同生境的高效角蛋白厌氧降解复合菌系。其中复合菌系M-18在55℃厌氧培养15-16h能将未预处理的羽毛完全降解,并对牛毛,猪毛,人发以及指甲也能较快降解。首次重点研究了复合菌系M-18在最适发酵条件下中间代谢产物如硫元素,蛋白质和氨基酸,以及有机酸和氨态氮含量的变化规律等,并应用DGGE技术解析了该复合菌系微生物组成,测序结果表明该复合菌系中微生物属于Clostridiales目中的Clostridiaceae和Incertae Sedis XI两科。(2)获得一株高效角蛋白厌氧降解菌18D-TA,测序结果与模式菌株Tepidimicrobium ferriphilum有最大相似度为94.5%。菌株18D-TA能在55℃,厌氧培养20h后将未预处理的羽毛完全降解,是Tepidimicrobium属中首次报道能降解角蛋白的菌株。因其生理生化和系统发育与模式菌株Tepidimicrobium ferriphilum有较大差别,菌株18D-TA可能为一个新种,还需DNA-DNA杂交等进一步鉴定。(3)角蛋白厌氧降解菌对不同基质发酵产沼气的试验,35℃下,角蛋白厌氧降解菌能大大提高猪粪中蛋白质的降解速率及生物转化率,对猪粪厌氧发酵产甲烷有很好的促进作用,但对鸡毛发酵还有副作用;55℃下,角蛋白降解菌能在较短时间内降解羽毛,提高羽毛的利用率和生物转化率,促进作用很显著,但是对猪粪发酵的作用较弱。角蛋白厌氧降解菌在不同温度下对不同基质有不同的作用效果,这一现象很有趣,需深入研究温度和基质对角蛋白降解菌的影响,以探索角蛋白厌氧降解的奥秘,为角蛋白厌氧降解菌的应用打好理论基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第一章引言  12-18
  1.1 研究背景  12
  1.2 国内外研究进展  12-17
    1.2.1 角蛋白降解菌研究进展  12-14
    1.2.2 角蛋白生物降解机制研究  14
    1.2.3 角蛋白酶的理化性质研究  14-15
    1.2.4 角蛋白酶分子生物学研究进展  15-16
    1.2.5 角蛋白降解菌（角蛋白酶）应用前景  16-17
  1.3 研究目的和意义  17-18
第二章高效厌氧降解羽毛角蛋白复合菌系及代谢产物研究  18-33
  2.1 实验目的及技术路线  18
    2.1.1 实验目的  18
    2.1.2 技术路线  18
  2.2 试验材料和方法  18-23
    2.2.1 试验材料  18-19
    2.2.2 试验方法  19-23
  2.3 试验结果  23-30
    2.3.1 驯化三个高效的羽毛厌氧降解复合菌系M1-18，JD 和jf  23-24
    2.3.2 复合菌系M1-18 生理生化研究  24-25
    2.3.3 不同发酵时间降解羽毛的代谢产物研究  25-29
    2.3.4 复合菌系微生物群落结构  29-30
  2.4 讨论  30-33
第三章一株高效羽毛角蛋白厌氧降解菌的分离、鉴定和代谢特征分析  33-44
  3.1 样品来源  33
  3.2 分离纯化  33
  3.3 鉴定及特征分析  33-35
    3.3.1 革兰氏鉴定  33
    3.3.2 芽孢鉴定  33
    3.3.3 形态学研究  33-34
    3.3.4 生理生化鉴定  34
    3.3.5 电子受体试验  34-35
    3.3.6 吲哚产物鉴定  35
    3.3.7 16S rRNA 序列的扩增、测序及系统发育学分析  35
  3.4 实验结果  35-42
    3.4.1 菌株18D-TA 的生理生化特征和系统发育学分析  36-42
  3.5 结论与讨论  42-44
    3.5.1 菌株18D-TA 的描述  42-43
    3.5.2 讨论  43-44
第四章角蛋白厌氧降解菌在沼气发酵中的作用研究  44-52
  4.1 角蛋白厌氧降解菌对不同发酵基质的产甲烷影响  44-50
    4.1.1 试验材料  44
    4.1.2 试验方法  44
    4.1.3 试验结果  44-50
  4.2 结论与讨论  50-52
第五章全文总结及工作不足与展望  52-55
  5.1 全文总结  52-53
    5.1.1 高效角蛋白厌氧降解复合菌系的驯化  52
    5.1.2 高效角蛋白降解菌株的分离鉴定  52-53
    5.1.3 高效角蛋白降解菌在产甲烷代谢中的作用初步探讨  53
  5.2 存在的不足  53-54
  5.3 展望  54-55
参考文献  55-61
附录  61-62
致谢  62-64
作者简历  64

高效角质蛋白厌氧降解菌及其对产甲烷发酵影响的研究

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