1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
厌氧真菌在反刍动物降解纤维过程中扮演着非常重要的角色,其利用假根系统刺穿植物细胞壁组织,并产生一系列细胞壁降解酶从而将纤维素逐步降解。厌氧真菌能发酵利用的底物范围很广,如纤维素、木聚糖、葡聚糖等植物细胞壁结构性多糖,也有淀粉、糖原等贮存性多糖,还有葡萄糖、果糖、纤维二糖、乳糖、麦芽糖和蔗糖等单糖及寡糖(Theodorou等,1996;OrpinJoblin,1997)。厌氧真菌进行混合酸发酵产生甲酸、乙酸、乳酸、乙醇、琥珀酸、H2和CO2(Bauchop Mountfor,1981)。已有研究发现厌氧真菌的代谢受底物的影响很大,利用不同碳源的代谢产物基本相同,主要为甲酸、乙酸、乙醇、乳酸、CO2和H2(Bauchop Mountfort,1981;Lowe等,1987),但底物不同各产物的比例会发生变化。Neocallimastix hurleyensis体外发酵木糖的代谢产物以甲酸为主,而发酵葡萄糖时以乙酸为主。Neocallimastix patriciarum发酵纤维二糖时产生的甲酸和乙醇很少。当以纤维素为底物时,Neocallimastix frontalis和Piromyces均产生大量的甲酸和乙醇(OrpinJoblin,1997;朱伟云,2004)。Boxma等(2004)发现Piromycessp. E2以0.3%的果糖为底物发酵时,35%的碳源在细胞质中降解成乙醇、甲酸、乳酸和琥珀酸,65%的碳源在氢酶体中降解成乙酸和甲酸。厌氧真菌利用不同碳源时代谢途径会有什么样的变化?这是本研究拟解决的问题。
(1)Bauchop T, Mountfort D O. Cellulose fermentation by a rumen anaerobicfungus in both the absence and the presence of rumen methanogens[J]. Appliedand environmental microbiology, 1981, 42(6): 1103-1110.
(2)Boxma B,Voncken F,Jannink S, et al.The anaerobic chytridiomycete fungusPiromyces sp. E2 produces ethanol via pyruvate: formate lyase and an alcoholdehydrogenase E [J]. Molecular Microbiology, 2004, 51(5):1389-1399.
2. 研究的基本内容和问题
利用实验室保存的厌氧真菌菌株Piromyces sp.进行发酵,底物为葡萄糖和木糖,通过气相检测发酵不同时间点产生的氢气和VFA来了解厌氧真菌对不同碳源的利用情况。
拟解决的关键问题:了解厌氧真菌代谢产生氢的过程,掌握气相测定氢气和VFA的方法。
3. 研究的方法与方案
试验所用菌株为实验室保存厌氧真菌菌株Piromyces sp.,底物为葡萄糖(己糖)和木糖(戊糖),接种10 mL已生长三天的厌氧真菌悬浮液于已预热至39 C的90 mL完全培养基中,39 C下静置培养96 h。对照瓶注入10 mL无菌厌氧稀释液。所有实验组均设5个重复并设空白对照(不接种),培养基含有抗生素(1600 U/mL的青霉素;2000 U/mL的链霉素。接种结束后,用气压转换仪(IGER,UK)平衡发酵瓶内气压,使初始气压为零。分别于不同时间点测定H2和产气量。并于不同时间点测定发酵液pH,然后取上清液-20C保存,备测VFA。
本项目的研究工作将在动物科技学院消化道微生物实验室进行,本实验是南京农业大学的重点实验室,是江苏省重点学科、国家211 重点学科组成部分,所在学院的实验中心(院级科研平台)以及学校科研中心实验室拥有各类仪器设备,具备本项目所需仪器设备和相应技术手段。实验室现有动物房、厌氧操作台、生物安全柜、通风橱、离心机、摇床、培养箱、低温冰箱、无菌操作台、PCR仪、电泳槽和凝胶显像系统,可完全满足本实验对仪器设备的要求。同时,本项目所需试验方法已比较成熟。通过阅读相关文献,本人对该项目的内容已经有了初步的认识,本人对本项目抱有很大的兴趣,我会积极的投入到试验当中。
4. 研究创新点
利用实验室保存的厌氧真菌菌株,以葡萄糖(己糖)和木糖(戊糖)为底物,体外厌氧培养96 h,利用气相色谱测定厌氧真菌产氢气和VFA的情况,比较研究厌氧真菌利用不同碳源时的差异,以期更好的理解厌氧真菌对不同碳源的利用情况。
5. 研究计划与进展
2014.022014.03:文献的阅读和开题报告的撰写
2014.032014.04:进行体外发酵试验和相关指标的测定
2014.042015.05:数据分析,论文的撰写
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