在木質(zhì)纖維素降解過程中熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌共生關(guān)系以及產(chǎn)氫機(jī)理的解析.pdf

1、生物質(zhì)是豐富存在的、可再生的、具有取代化石能源潛力的能源。在能夠降解木質(zhì)纖維素微生物中，嗜熱厭氧的熱纖梭菌（Clostridium thermocellum）是目前所知的降解纖維素最快的菌株。它進(jìn)化形成一個(gè)高度組織化的、多酶復(fù)合體—纖維小體，來實(shí)現(xiàn)對纖維素的高效降解。
　　熱纖梭菌難以分純，在環(huán)境中和一些非纖維降解菌生長在一起。我們發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)熱纖梭菌（Clostridium thermocellum）和熱厭氧熱解糖桿菌（Therm

2、oanaerobacterium thermosaccharolyticum）明顯促進(jìn)了纖維素向生物燃料的轉(zhuǎn)化。
　　在本文第二章，我們研究了兩種菌的相互關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)了纖維素降解效率變化的背后機(jī)制，與之前所得出的兩者是一種互利共生的關(guān)系的結(jié)論不同的是，熱纖梭菌和熱厭氧熱解糖桿菌是一種偏害共生的關(guān)系。雖然非纖維降解菌熱厭氧熱解糖桿菌通過熱纖梭菌降解木質(zhì)纖維素獲得更多的纖維二糖和葡萄糖，解除熱纖梭菌的碳阻遏效應(yīng)。但是，結(jié)果表明熱厭氧熱

3、解糖桿菌在共培養(yǎng)系統(tǒng)中明顯阻遏了熱纖梭菌的生長。與熱纖梭菌相比，熱厭氧熱解糖桿菌具有更強(qiáng)的代謝優(yōu)勢，我們也加入能夠刺激熱厭氧熱解糖桿菌生長的碳源，來調(diào)控和平衡微生物菌群，促進(jìn)纖維素的降解和轉(zhuǎn)化。
　　在本文的第三章，根據(jù)先前的研究發(fā)現(xiàn)，混合培養(yǎng)C.thermocellum JN4和非纖維素降解菌株Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum GD17比單獨(dú)培養(yǎng)JN4產(chǎn)生更多的H2，然而提高

4、的原因不明。在研究中，我們從進(jìn)化和基因組的角度分析了兩種菌的氫酶基因，分別在JN4和GD17證實(shí)了5種和4種[FeFe]型氫酶，并且兩種菌各有一種Ech[NiFe]型氫酶。通過轉(zhuǎn)錄水平的數(shù)據(jù)分析，JN4編碼氫酶的基因受碳源葡萄糖和纖維二糖調(diào)控。而GD17則不受調(diào)控，但與單培養(yǎng)相比，混合培養(yǎng)可以使GD17氫酶基因的轉(zhuǎn)錄發(fā)生變化。而JN4沒有改變。通過代謝水平的分析，GD17產(chǎn)H2的速率是JN4的4-12倍。這些結(jié)果可以得出混合培養(yǎng)過程中氫

5、氣提高的原因是由于GD17引起的。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，在混合培養(yǎng)中兩種菌執(zhí)行專一化的任務(wù)，提高混合菌中非纖維素降解菌的比例可以提高生物氫的產(chǎn)出。所以如何調(diào)控混合菌群各個(gè)菌的比例是今后的發(fā)展研究方向。
　　總之，本文主要探討了熱纖梭菌JN4和非纖維素降解菌株GD17在降解木質(zhì)纖維素培養(yǎng)過程中的共生關(guān)系，提出了兩種菌不是互利共生，而是偏害共生關(guān)系。同時(shí)證實(shí)了兩種菌共培養(yǎng)時(shí)氫氣產(chǎn)量提高是由于非纖維素降解菌GD17所導(dǎo)致的。這些研究為我們設(shè)計(jì)