利用秸秆水解液的微生物暗发酵产氢特性及机制研究
利用秸秆水解液的微生物暗发酵产氢特性及机制研究【摘要】:秸秆类木质纤维素以其数量大、价格低廉、可再生、获取容易等诸多优点成为暗发酵生物制氢潜在的适宜底物。利用秸秆类物质进行生物制氢
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X712
【目录】:
- 摘要4-6
- ABSTRACT6-8
- 目录8-16
- 第1章 绪论16-34
- 1.1 课题背景16-17
- 1.1.1 课题来源16
- 1.1.2 研究的目的及意义16-17
- 1.2 氢能与生物制氢技术17-19
- 1.2.1 氢能的优越性及发展过程17-18
- 1.2.2 氢能的制取方法18-19
- 1.3 发酵法生物制氢技术19-25
- 1.3.1 发酵产氢机理与类型19-21
- 1.3.2 发酵产氢微生物21-22
- 1.3.3 发酵细菌氢化酶及其产氢调控22-24
- 1.3.4 发酵产氢过程影响因素24-25
- 1.4 秸秆类木质纤维素产氢25-29
- 1.4.1 秸秆类木质纤维素结构组成与预处理26-27
- 1.4.2 秸秆类木质纤维素产氢研究现状27-29
- 1.5 生物制氢分子生态学研究现状29-31
- 1.5.1 变性梯度凝胶电泳技术30-31
- 1.5.2 扩增片段长度多态性技术31
- 1.5.3 热不对称交错 P C R 技术31
- 1.6 本课题主要研究内容及技术路线31-34
- 第2章 试验材料与方法34-50
- 2.1 试验材料34
- 2.1.1 试验菌种和产氢种泥34
- 2.1.2 试验底物34
- 2.2 实验试剂与仪器设备34-39
- 2.2.1 主要试剂34-36
- 2.2.2 主要引物36-37
- 2.2.3 主要试剂盒37
- 2.2.4 主要仪器设备37-39
- 2.3 试验方法39-50
- 2.3.1 种泥与秸秆的预处理39
- 2.3.2 培养基配制及间歇培养试验39-41
- 2.3.3 化学分析方法41-42
- 2.3.4 产氢动力学分析42-43
- 2.3.5 核酸提取纯化与克隆43-45
- 2.3.6 微生物群落结构分析45
- 2.3.7 菌株 W16 [FeFe] - 氢化酶基因簇的克隆45-47
- 2.3.8 菌株 W16 [FeFe] - 氢化酶基因转录表达47-48
- 2.3.9 AFLP (扩增性片段长度多态性)试验48-49
- 2.3.10 生物信息学分析49-50
- 第3章 混合微生物利用秸秆水解液发酵产氢影响因素50-86
- 3.1 引言50-51
- 3.2 种泥预处理对秸秆水解液发酵产氢的影响51-68
- 3.2.1 生物气累积与氢气产量51-55
- 3.2.2 产氢过程动力学分析55-57
- 3.2.3 液相末端产物组成57-59
- 3.2.4 微生物群落结构特征59-62
- 3.2.5 微生物种群鉴定与功能分析62-67
- 3.2.6 末端 pH 、生物量、底物利用、氢气产量与平均产氢速率67-68
- 3.3 发酵温度对秸秆水解液发酵产氢的影响68-79
- 3.3.1 生物气累积与氢气产量68-70
- 3.3.2 产氢过程动力学分析70-71
- 3.3.3 液相末端产物组成71-73
- 3.3.4 微生物群落结构特征73-74
- 3.3.5 微生物种群鉴定与分析74-78
- 3.3.6 生物量、末端 pH 、底物利用、氢气产量与平均产氢速率78-79
- 3.4 70 °C 下其他类型种泥利用秸秆水解液发酵产氢79-84
- 3.4.1 生物气累积与氢气产量80-81
- 3.4.2 产氢过程动力学分析81
- 3.4.3 微生物群落结构与种群鉴定81-84
- 3.4.4 生物量、末端 p H 、底物利用、氢气产量与平均产氢速率84
- 3.5 本章小结84-86
- 第4章 T.t hermosaccharolyticum W16 对混合微生物利用秸秆水解液发酵产氢的生物强化与机制86-110
- 4.1 引言86
- 4.2 菌株 W 16 对混合微生物利用秸秆水解液产氢的生物强化86-94
- 4.2.1 生物气累积量与氢气产量87-88
- 4.2.2 液相末端产物组成88-89
- 4.2.3 微生物群落结构特征89-93
- 4.2.4 末端 p H 、底物利用,氢气产量和平均产氢速率93-94
- 4.3 AFLP 技术解析 T.thermosaccharolyticum 类型微生物对秸秆类物质的降解机制94-103
- 4.3.1 菌株基因组 DNA 的提取94-95
- 4.3.2 基因组 DNA 的 EcoRI/MseI双酶切95-96
- 4.3.3 EcoRI / MseI 双酶切产物的预扩增与选择性扩增96-99
- 4.3.4 扩增产物的 AFLP 指纹图谱多态性分析99-102
- 4.3.5 AF LP 指纹图谱条带测序分析102-103
- 4.4 T.thermosaccharolyticum木质纤维素降解基因序列分析103-108
- 4.4.1 木质纤维素降解基因的 PCR 扩增103-105
- 4.4.2 纤维素降解基因的序列比较分析105-106
- 4.4.3 半纤维素降解基因簇的序列比较分析106-108
- 4.5 本章小结108-110
- 第5章 T.thermosaccharolyticum W16 [FeFe]- 氢化酶基因簇克隆与转录表达110-144
- 5.1 引言110
- 5.2 [ FeFe]-氢化酶 hyd 基因簇的克隆、鉴定与分析110-126
- 5.2.1 基因保守区克隆111-113
- 5.2.2 基因全长克隆113-114
- 5.2.3 核酸序列分析114-118
- 5.2.4 编码蛋白序列分析与特性预测118-121
- 5.2.5 基因功能区与编码蛋白保守区分析121-126
- 5.3 高效产氢菌 W16 [ FeFe]-氢化酶 hfs基因簇的克隆与分析126-135
- 5.3.1 基因保守区克隆126-127
- 5.3.2 基因全长克隆127
- 5.3.3 核酸序列分析127-129
- 5.3.4 编码蛋白序列分析与特征预测129-131
- 5.3.5 基因功能区与编码蛋白保守区分析131-135
- 5.4 不同气相条件下菌株 W16 发酵产氢与关键氢化酶基因表达135-142
- 5.4.1 气相组成136-137
- 5.4.2 生物气累积与氢气产量137-138
- 5.4.3 氢气产生速率与生物量增长趋势138
- 5.4.4 液相末端产物组成138-139
- 5.4.5 重要氢化酶基因转录表达139-141
- 5.4.6 pH 、底物利用、氢气产量和最大产氢速率141-142
- 5.5 本章小结142-144
- 结论144-146
- 参考文献146-161
- 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果161-164
- 致谢164-165
- 个人简历165
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