沃氏甲烷球菌利用CO产CH4及其代谢途径的研究

论文摘要

目前，农作物秸秆的资源化利用是我国社会经济发展急需解决的重大课题之一，通过CO生物甲烷化技术，利用产甲烷古菌将秸秆气的主要成分H2／CO转化成甲烷，不仅可以大幅度降低秸秆气中CO的含量，使秸秆气化技术的安全性增加，而且产生的甲烷可以作为一种洁净、安全的能源供人类使用，具有很大的发展潜力。中国农业部沼气研究所提供的沃氏甲烷球菌BIOMA5671属于甲烷球菌属（Methanococcu5），细胞形态随培养基离子强度而变化，强度低时趋于规则球形，直径0.5-3μm，活跃运动。属革兰氏阴性菌，最适PH6.7～7.4，最适温度32～40℃，能利用H2／CO2和甲酸盐生长产CH4。本研究采用新碳源CO驯化该菌种，对该菌种利用CO生长产CH4进行初步研究并在此基础上研究了该菌生长最适CO浓度，利用CO产CH4速率及其CO代谢途径。对沃氏甲烷球菌（M．volae）利用CO生长产CH4进行初步研究。实验结果表明：该菌能利用H2／CO产甲烷，也能利用纯CO产甲烷，培养基中添加Ni2+／Fe2+能提高菌种利用CO的产甲烷速率和甲烷终产量。利用H2／CO的平均产甲烷速率为1.23μmol／mg（细胞湿重）·h，培养120h后菌数达1.4×107个／ml；利用纯CO的平均产甲烷速率为0.19μmol／mg（细胞湿重）·h，仅为H2／CO实验组的1／7左右，培养120h后菌数为9.5×106个／ml。进一步研究发现：硒酸钠和泛酸钙对菌种利用CO生长有明显的促进作用；该菌利用CO产CH4的最适CO浓度为25％（V／V）。在此CO浓度条件下，该菌利用H2／CO的平均产甲烷速率为1.98μmol／mg（细胞湿重）h，120h后菌数为1.85×107个／mL；利用纯CO的平均产甲烷速率为0.42μmol／mg（细胞湿重）·h，120h后菌数达1.25×107个／mL；当CO浓度大于25％时，该菌利用H2／CO和纯CO产CH4都受到抑制，但H2／CO实验组受到抑制的程度明显小于纯CO实验组。检测中间代谢产物发现：该菌在利用CO产甲烷时有中间产物H2和CO2的生成：在利用H2／CO产甲烷时未产生中间产物CO2；并且在利用H2／CO和纯CO时都生成中间代谢产物甲酸盐。另外，该菌还能在缺乏乙酸盐的培养基中合成生长所需的乙酸盐。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 前言
• 4的初步研究'>第一章 沃氏甲烷球菌利用CO产CH₄的初步研究
• 1.材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 实验菌株
• 1.1.2 实验气体
• 1.1.3 实验主要仪器与耗材
• 1.1.4 培养基及其配制
• 1.1.5 试剂及其配置
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 沃氏甲烷球菌的活化
• 1.2.2 沃氏甲烷球菌的CO驯化
• 1.2.3 初步确定菌种利用CO产甲烷的效果
• 2.结果与分析
• 2.1 菌种的CO驯化
• 2.2 形态特征
• 2产甲烷'>2.3 菌体利用CO和CO₂产甲烷
• 2/CO产甲烷'>2.3.1 利用H₂/CO产甲烷
• 2.3.2 利用纯CO产甲烷
• 2/CO₂产甲烷'>2.3.3 利用H₂/CO₂产甲烷
• 2.3.4 气相中间代谢产物的检测
• 3.讨论
• 3.1 利用CO产甲烷
• 2+,Fe²⁺对利用CO产甲烷的影响'>3.2 Ni²⁺,Fe²⁺对利用CO产甲烷的影响
• 3.3 气相代谢产物分析
• 第二章 沃氏甲烷球菌生长最适CO浓度及CO代谢途径研究
• 1.材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 实验菌株
• 1.1.2 实验气体
• 1.1.3 实验主要仪器与耗材
• 1.1.4 培养基及配制
• 1.1.5 试剂及其配制
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 硒酸钠/泛酸钙对沃氏甲烷球菌生长的影响
• 1.2.2 CO对沃氏甲烷球菌生长的影响
• 1.2.3 生长最适CO浓度条件下,菌种利用CO产甲烷的测定
• 1.2.4 中间代谢产物的测定
• 2.结果与分析
• 2/CO生长的影响'>2.1 硒酸钠/泛酸钙对菌种利用H₂/CO生长的影响
• 2.2 CO对菌体生长的影响
• 2.2.1 最适生长CO浓度的测定
• 2.2.2 CO对菌种产甲烷的抑制作用
• 2.3 生长最适CO浓度条件下,菌体利用CO产甲烷
• 2/CO产甲烷'>2.3.1 利用H₂/CO产甲烷
• 2.3.2 利用纯CO产甲烷
• 2.4 利用CO生成甲酸盐和乙酸盐
• 3.讨论
• 3.1 硒酸钠,泛酸钙对利用CO产甲烷的影响
• 2对利用CO产甲烷的影响'>3.2 H₂对利用CO产甲烷的影响
• 3.3 利用CO产乙酸盐和甲酸盐
• 3.4 利用CO产甲烷代谢途径
• 结论
• 参考文献
• 文献综述 一氧化碳的生物转化研究
• 前言
• 1.利用CO的厌氧微生物
• 1.1 产甲烷菌
• 1.2 产乙酸菌
• 1.3 硫酸盐还原菌
• 1.4 光合细菌
• 1.5 极端嗜热、厌氧、一氧化碳营养菌
• 2.厌氧微生物CO脱氢酶
• 2.1 含镍的一氧化碳脱氢酶CODH
• 2.2 含镍的CODH/acetyl-CoA复合酶
• 2.3 电子受体
• 2.4 CODH的热稳定性及最适温度
• 2.5 CODH的最适PH
• 2.6 CODH抑制剂
• 2.7 CODH的定位
• 2.8 CODH的合成与调控
• 3.CO生物甲烷化原理
• 4.CO生物甲烷化及其影响因素
• 4.1 混合微生物培养物的甲烷化
• 4.1.1 温度对微生物培养物生物甲烷化途径和效率的影响
• 2比率对混培微生物CO转化率的影响'>4.1.2 CO/H₂比率对混培微生物CO转化率的影响
• 4.1.3 CO对不同性状污泥的影响
• 4.2 纯培养微生物甲烷化
• 4.2.1 产甲烷菌转化CO
• 4.2.2 产甲烷菌与其它微生物联合转化CO
• 5.反应器对CO生物甲烷化反应速度的影响
• 5.1 搅拌式反应器
• 5.2 滴流式反应器
• 6.CO生物转化的实际应用
• 参考文献
• 在校期间论文发表情况
• 致谢