耐低溫稻稈降解復合菌系的培養(yǎng)基組分優(yōu)化及產酶分析.pdf

1、隨著我國新常態(tài)經濟的迅速發(fā)展，能源短缺問題成為我國經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的最大阻礙。在能源危機重壓下，利用微生物發(fā)酵技術處理有機廢棄物不僅可以避免環(huán)境受到污染還可以緩解能源危機壓力，是一種有效廢棄物資源化利用方式。以稻稈為原料進行沼氣發(fā)酵是推動沼氣發(fā)展的重要途徑，但稻稈的木質纖維素結構復雜、不易被微生物降解制約了稻稈沼氣的發(fā)展。如何實現(xiàn)快速水解酸化已成為研究者持續(xù)關注的研究方向。
　　我國北方地區(qū)冬季寒冷且漫長，較低溫度是制約稻稈

2、水解酸化進行的主要因素。本研究是以本實驗室篩選獲得的一組耐低溫纖維素降解菌系LTF-27為研究對象，運用單因素試驗法、Plackett-Burman試驗法、最陡爬坡試驗法、中心組合試驗法以及響應面分析法對該菌系的培養(yǎng)基進行優(yōu)化，以期獲得最優(yōu)產酸水解條件，并通過SDS-PAGE凝膠電泳、質譜分析技術對該菌系的產酶組成進行分析，主要研究內容與結果如下:
　　(1)耐低溫復合菌系LTF-27培養(yǎng)基單因素優(yōu)化
　　在17±0.5℃的

3、條件下，以稻稈作為唯一碳源，運用單因素試驗，從豆粕、玉米粉、麥麩、尿素、硫酸銨、硝酸銨、蛋白胨、酵母浸粉等不同的氮源中篩選出最佳氮源為硫酸銨;對影響復合菌系發(fā)酵水解的無機離子CaCO3、FeSO4、 MgSO4、 ZnSO4、 CuSO4、 KH2PO4、 K2HPO4進行單因素試驗，獲得各無機離子最佳水平分別為1.00 g·L-1、0.015 g·L-1、0.07 g·L-1、0.008g·L-1、0.18 g·L-1、0.31 g·

4、L-1、0.50 g·L-1。
　　(2)耐低溫復合菌系培養(yǎng)基的Plackett-Burman試驗優(yōu)化
　　在單因素試驗的基礎上，對CaCO3、 FeSO4、 MgSO4、 ZnSO4、 CuSO4、(NH4)SO4、 KH2PO4、K2HPO4等8個因素進行P-B試驗。試驗結果表明，K2HPO4、 CaCO3、MgSO4等三個因素對稻稈降解的影響顯著。根據這三個因素的最陡爬坡試驗結果，得到最佳下一步中心組合試驗中心點，即M

5、gSO40.055 g·L-1、CaCO31.40 g·L-1、K2HPO40.70 g·L-1。
　　(3)耐低溫復合菌系培養(yǎng)基中心組合試驗優(yōu)化
　　運用中心組合試驗及響應面分析法，篩選出最佳因素水平為MgSO40.057 g·L-1，CaCO31.49 g·L-1，K2HPO40.75 g·L-1;最佳培養(yǎng)基組成為水稻秸稈2.00 g·L-1，(NH4)SO41.5 g·L-1，NaCl5 g·L-1，酵母浸粉1.00

6、g·L-1，MgSO40.057 g·L-1，CaCO31.49 g·L-1，K2HPO40.75 g·L-1，該模型預測降解率為64.82％。經過5次發(fā)酵試驗驗證，該培養(yǎng)條件下稻稈降解率平均值為64.51％，與預測值接近，從而驗證了模型正確性與準確性。本研究還對其他指標進行試驗檢測，結果表明，在pH、稻稈降解形態(tài)變化、微生物生長、溶解氧、稻稈中的纖維素、半纖維素、木質素等方面，優(yōu)化后得培養(yǎng)基降解稻稈比原始培養(yǎng)基效果顯著。
　　(

7、4)耐低溫復合菌系酶系組成分析
　　復合菌系LTF-27具有降解稻稈中木質纖維素為簡單糖的主要酶系，即內切葡聚糖酶活、外切葡聚糖酶活、β-葡萄糖苷酶，都呈現(xiàn)先增加后減少的動態(tài)變化。質譜進一步分析確定12種參與木質纖維素降解的酶蛋白。其中包括過氧化氫酶、外切葡聚糖酶、內切葡聚糖酶、α-L-阿拉伯吠喃糖酶、β-葡萄糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶等。同時，還鑒定出其他的蛋白，共計57種，包括過氧化氫酶、轉移酶、水解酶、蛋白結合酶、細胞信號傳遞