[發明專利]基于基因組重排技術的共生菌絲球秸稈沼氣制備方法

在審

• 申請號: 202010423383.9
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111909968A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 魯云風;王豐園;袁凌翔;金海炎;劉鉞;丁凌飛
• 申請（專利權）人: 南陽師范學院
• 主分類號: C12P5/02
• 分類號: C12P5/02;C12N1/14;C12N15/01;C12N15/04;C12R1/645;C12R1/885
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 張秋云

本發明公開了一種基于基因組重排技術的共生菌絲球秸稈沼氣制備方法，本發明利用基因組重排技術構建高效降解木質素菌株和高效降解纖維素、半纖維素菌株，然后制備形成兼具木質素、纖維素和半纖維素降解能力的復合菌菌絲球并將其應用于秸稈沼氣制備；復合菌菌絲球可以促進秸稈原料內部纖維結構發生變化，提高纖維素、半纖維素和木質素分解率，實驗證明，利用本發明的方法可以改善現有技術中秸稈沼氣制備產氣效率低，產氣不足等缺陷，具有極大的推廣應用價值，市場前景廣闊。

技術領域

本發明涉及農業技術領域，具體為一種基于基因組重排技術的共生菌絲球秸稈沼氣制 備方法。

背景技術

我國秸稈資源非常豐富，據統計，每年的主要作物秸稈產量在8億噸左右，占世界秸稈資源產量的25％左右。然而稻草秸稈利用率極低，大部分自然腐爛或就地燃燒，造成了資源的極大浪費，同時對城市環境造成極大的污染，影響人民的生活質量。將秸稈通過厭氧發酵技術轉化為沼氣，可以有效緩解農村地區能源緊張和環境污染的局面。利用現代技術將作物秸稈轉化為高效、潔凈、方便的高品位能源—沼氣，對緩解我國常規能源緊張狀況，促進社會經濟的可持續發展和城市生態環境的改善都具有重要意義。

然而秸稈作為沼氣原料時，因其本身含有80％的半纖維素、纖維素和木質素等致密物 質，而其中難以降解的木質素與半纖維素、纖維素相互交聯，使得厭氧微生物無法快速對 其進行分解和利用，在自然狀態下難以被微生物分解成為可利用的沼氣，存在啟動慢、產 氣率低、浮渣結殼等嚴重問題。基于此，一般通過預處理破壞秸稈的物理化學結構，使其 降解成簡單化合物，從而提高其厭氧消化效率和產氣量。另外要使秸稈成為理想的沼氣發 酵原料，首先必須通過特殊微生物的分解作用，將秸稈中的纖維素、半纖維素、木質素等 大分子逐步分解成可被利用的小分子。因此，從自然界篩選出對纖維素、半纖維素、木質素有分解功能和使用價值的微生物是前提條件，雖然當前已經篩選了眾多穩定性好、生長勢高、酶活力強的菌種，然而其“低效”、產氣不足等缺陷限制了秸稈沼氣的推廣應用。

隨著光催化劑的研究不斷深入，利用光催化劑降解木質纖維素用于提高甲烷產量是一 種新趨勢，光催化輔助降解木質纖維素類物質為突破秸稈類生物質固廢在水解階段的限速 步驟開辟了一條新思路。丹麥科技大學研發的兩套試驗裝置，不僅提升了甲烷含量，還能 通過微生物作用將CO2轉化為丁二酸和CH4，為后續秸稈的沼氣提純提供了新的思路。但 尚處于探索階段。

基因組重排作為一種快速改良細胞表型的方法，不僅能有效提高微生物合成活性產物 的能力，也能提高微生物的耐受性和對底物的利用率，還能激活沉默基因的表達產生新的 化合物。相較于傳統菌株育種技術，基因組重排具有非常明顯的優勢，它是一種基于原生 質體遞歸融合的新型分子育種技術，突破了傳統菌株育種技術的局限性，更為省時省力， 兩輪重排就能達到20年的經典育種效果。基因組重排近幾年被證明是一種有效進化細胞 工程的方法，用來快速改良微生物表型，因其能顯著提高菌株代謝產物產量、對環境的耐 受性強及對底物的利用率高等受到眾多研究者的關注。

固定化微生物技術具有微生物密度高，反應迅速，微生物不易流失，產物易分離等優 點，是一種低耗能高效率的新技術。菌絲球是由菌絲相互纏繞而成的球體，菌絲球具有生 存能力強、沉降速度快、易于固液分離、可重復利用、多孔表面積大的特點。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術篩選出的對纖維素、半纖維素、木質素有分解功能和使用價值的微生物 在制備秸稈沼氣過程中仍存在低效、產氣不足等缺陷，本發明提供一種基于基因組重排技 術的共生菌絲球秸稈沼氣制備方法，來解決上述背景技術中提出的問題。

(二)技術方案