丁醇生产菌的筛选及以纤维素为底物共培养体系的构建

摘要

生物能源作为一种可再生能源，能够有效地解决能源危机、环境污染和经济的可持续发展等诸多问题。丁醇作为新一代生物燃料，与乙醇相比具有更高的能量密度、低吸湿性和低腐蚀性以及能与汽油以任意比例混合等优点，因此得到了世界各国的广泛关注与重视。随着联合生物加工工艺（Consolidated bioprocessing，CBP）的发展，利用自然界最为丰富的、廉价的可再生的纤维素生物质生产丁醇逐渐吸引人们的目光。由于纤维素结构的复杂性，现有的丁醇生产菌种并不能直接利用纤维素为底物生长，因此人为的构建纤维素降解菌与丁醇生产菌的共培养体系开始成为研究热点。
　　本研究通过富集驯化筛选得到中温厌氧条件下具有一定丁醇生产能力的菌株，与实验室保存的纤维素降解菌系N3构建共培养体系。从采集的土样中共分离得到六株具有丁醇生产能力的菌株，其中菌株F6的丁醇生产能力优于其他菌株。经过4d发酵后丁醇产量为5.21g/L，丙酮产量为2.52g/L，乙醇产量为1.01g/L。F6菌株属于革兰氏阳性杆菌，产芽孢，经过16S rRNA测序并进行BLAST比对后，菌株F6与拜氏梭菌（C.beijerinckii）CP23-KKU的同源性高达99％，结合菌体的形态特征等，确定菌株F6为拜氏梭菌（C.beijerinckii），将其命名为Clostridium.beijerinckii F6。
　　随后根据微生物间的协同效应的原理，选用本实验室前期富集筛选得到的中温厌氧纤维素降解菌系N3分别与拜氏梭菌（C.beijerinckii）F6以及实验室保存的拜氏梭菌（C.beijerinckii）709构建了共培养体系。研究表明，拜氏梭菌（C.beijerinckii）F6共培养体系在N3复合菌系接种48h后接入C.beijerinckiiF6丁醇产量较好，而拜氏梭菌（C.beijerinckii）709共培养体系则是在N3复合菌系接种96h后接入C.beijerinckii F6丁醇产量较好。两个共培养体系其他最优条件相似，均为培养基初始pH值为7，初始滤纸纤维素浓度为20g/L，以及两种菌液的接种量为2mL OD600为1的菌液的条件下，共培养体系的产丁醇量为最高，其中拜氏梭菌（C.beijerinckii）F6共培养体系的丁醇产量为0.291g/L，拜氏梭菌（C.beijerinckii）709共培养体系的丁醇产量为0.215g/L。通过共培养体系的构建，实现了直接以纤维素为底物向丁醇的转化，为利用纤维素生产丁醇提供了理论依据。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2丁醇及发酵法生物制丁醇技术

1.3 利用纤维素发酵生产正丁醇

1.4 利用纤维素生产正丁醇共培养体系的建立

1.5课题研究目的和意义

1.6本课题主要研究内容和技术路线

第2章 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 分析方法

第3章 丁醇生产菌株的分离与鉴定

3.1 丁醇生产菌的富集

3.2 丁醇生产菌的分离及筛选

3.3 丁醇生产菌的鉴定

3.4 拜氏梭菌709的生长特性

3.5 本章小结

第4章 N3复合菌系与拜氏梭菌共培养体系的研究

4.1 丁醇生产菌接入时间点对共培养体系的影响

4.2 初始滤纸纤维素浓度对共培养体系的影响

4.3 培养基初始pH值对共培养体系的影响

4.4 相对接种量对共培养体系的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢