一株高效降解木糖的耐酸、嗜热厌氧杆菌的生理特性及产物分析

【目的】分离高效降解木糖的嗜热厌氧杆菌菌株,用于发酵生产生物燃料乙醇,为后继的构建基因工程菌株及联合生物工艺提供材料。【方法】运用亨盖特厌氧操作技术从胜利油田油层采出液两年的富集样中分离到一株嗜热厌氧杆菌xyl-d。采用形态学观察、生理生化指标鉴定及基于16S rRNA的系统发育学分析确定其分类地位。【结果】菌株xyl-d为革兰氏阴性厌氧杆菌,菌体大小为(1.35-5.08)μm×(0.27-0.40)μm,单生、成对或成簇生长,芽胞圆形,端生。温度生长范围30-85℃(最适温度65℃);pH范围3.0-10.0(最适pH 7.5);NaCl浓度范围0%-4%(最适NaCl浓度2.0%)。发酵D-木糖的产物是乙醇、乙酸、CO2及少量的异丁醇、丙酸。菌株xyl-d的(G+C)mol%含量为45.6%,与热厌氧杆菌属模式菌株威吉利热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter wiegelii)DSM10319T及嗜热乙醇杆菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)DSM2246T的16S rRNA序列相似性均为99.3%。菌株利用D-木糖产乙醇的最佳初始pH为8.5;少量酵母粉能刺激生长并显著提高发酵D-木糖的产醇率,使乙醇成为主要的发酵产物;培养基中乙醇浓度达到7%(V/V)时菌体生长受到抑制,最佳生长条件下D-木糖的降解率可达91.37%,最佳产醇条件下发酵1摩尔D-木糖可产生1.29摩尔的乙醇。【结论】菌株xyl-d是从特殊生境(油藏)中分离到的一株高效降解D-木糖的耐酸、嗜热的厌氧杆菌,其为半纤维素降解产乙醇的联合生物工艺提供了菌源。     

厌氧产氢微生物研究进展

微生物是生物制氢的核心。本文论述了通过厌氧代谢途径产氢的微生物种类及高效产氢微生物选育和应用的研究趋势, 其中重点论述了中温和嗜热厌氧产氢微生物的产氢能力、底物利用范围及代谢特性, 简述了嗜热一氧化碳营养型产氢菌的种类及代谢特点。     

降解水稻秸秆的复合菌系及其微生物群落结构演替北大核心CSCD

【目的】比较和分析从堆肥中富集的水稻秸秆降解菌系F1和F2的纤维素分解能力、微生物群落结构及其在秸秆降解过程中的演替,从而探究微生物群落结构与秸秆降解效率的相关性。【方法】采用DNS(3,5-二硝基水杨酸,3,5-dinitrosalicylic acid)定糖法测定发酵液中的外切纤维素酶活;采用范氏(Van Soest)洗涤纤维分析法测定发酵前与发酵后的秸秆纤维素、半纤维素、木质素的含量,并计算降解率;采用16S r RNA基因序列分析和实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,Q-PCR)对秸秆降解过程中的微生物物种组成及特定的功能微生物进行定性和定量分析。【结果】复合菌系F1的水稻秸秆总降解率、纤维素降解率、半纤维素降解率显著高于复合菌系F2;2种复合菌系的外切纤维素酶活性与cel48基因的拷贝数变化趋势一致;复合菌系F1的物种较丰富,优势物种是好氧细菌,复合菌系F2的物种组成较单一,培养后期具有较高比例的厌氧纤维素分解菌;培养前4天,复合菌系F1和F2的优势物种均为Unclassified Bacillales和Bacillus;第4天之后,不同复合菌系的优势物种及丰度出现差异,F1的优势物种主要属于Bacteroidetes,F2的优势物种主要属于Firmicutes;虽然Petrimonas和Pusillimonas是培养后期的共有优势物种,但是Petrimonas在复合菌系F2中的相对丰度(38.30%)显著高于F1(9.47%),且培养第8天的F2中的Clostridiales OPB54增加至14.85%。【结论】cel48基因拷贝数变化与秸秆纤维素的降解效率、外切纤维素酶活性变化具有一定的相关性,cel48基因可作为潜在的生物分子标记监测秸秆纤维素的降解过程;微生物群落结构对秸秆纤维素的降解效率具有显著影响,Unclassified Bacillales,Bacillus,Petrimonas,Pusillimonas是复合菌系F1和F2降解秸秆纤维素过程中的重要物种。     

厌氧微生物培养分离：过去、现在和未来

厌氧菌是地球上数量最多、物种最丰富的微生物,也是分类上报道最少的微生物。它们对氧气敏感、生长条件苛刻,不容易培养分离。本文简要总结了厌氧微生物的研究历史,分析了限制厌氧微生物培养分离的主要因素,讨论了厌氧微生物培养分离的策略和方法,回顾了国内外厌氧微生物的系统分类学现状,并展望了厌氧微生物培养分离的发展趋势。     

嗜热厌氧纤维素分解菌的分离、鉴定及其酶学特性

【目的】分离高效降解纤维素的嗜热厌氧菌,通过与嗜热产乙醇菌株联合培养的方式,为生产纤维素乙醇提供微生物资源。【方法】利用厌氧分离技术从降解纤维素的马粪富集物中分离到一株嗜热厌氧细菌HCp。采用形态学观察、生理生化鉴定、结合16S rDNA序列的系统发育学分析确定该菌株的分类地位,利用DNS酶活分析方法测定此分离菌株的酶学性质。【结果】分离菌株HCp革兰氏染色阴性,直杆,细胞单个或成对出现,菌体大小为(0.35-0.50)μm×(2.42-6.40)μm,严格厌氧,形成芽胞,能运动,对新霉素有一定的抗性。此菌能利用滤纸纤维素、纤维素粉、微晶纤维素、脱脂棉和水稻秸秆、明胶等,还可以利用葡萄糖、纤维二糖、木糖、木聚糖、果糖、蔗糖、核糖、半乳糖、麦芽糖、山梨糖、海藻糖、蜜二糖、甘露糖等。该菌株在pH6.5-8.5、温度35-70℃、盐浓度0%-1.0%范围内利用纤维素生长,最适pH为6.85,最适温度为60℃,最适NaCl浓度为0.2%,最佳生长条件下,在10 d内滤纸纤维素降解率可达90.40%。在HCp的纤维小体中,滤纸酶、羧甲基纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶的最适作用温度分别为70℃、70℃、70℃、60℃,并且羧甲基纤维素酶具有较高的热稳定性。部分长度的16S rDNA序列分析表明,分离菌株HCp与Acetivibrio cellulolyticus、A.cellulosolvens相似性为97.5%。【结论】分离菌株HCp是从马粪富集物中分离到的一株嗜热厌氧细菌,该菌具有较强的降解纤维素能力,生长温度范围广,酶的热稳定性好,纤维素底物利用广泛等特性,为纤维素降解产乙醇提供了良好的材料。