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规模化秸秆沼气反应器中微生物群落结构分析

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 12:40:14
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规模化秸秆沼气反应器中微生物群落结构分析【摘要】:中国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一。利用农作物秸秆进行厌氧发酵产沼气,是一条清洁高效的秸秆能源化利用途径,但在秸秆沼气发酵过程中

【摘要】:中国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一。利用农作物秸秆进行厌氧发酵产沼气,是一条清洁高效的秸秆能源化利用途径,但在秸秆沼气发酵过程中存在着产气不稳定等问题。因此,明确沼气发酵中的微生物群落,可为摸清以农作物秸秆为原料的厌氧沼气发酵规律,优化厌氧发酵工艺,保证厌氧反应器稳定运行及提高沼气产气率提供理论依据。 本文采用现代分子生物学分析方法,通过基于PCR的T-RFLP和克隆文库构建相结合的研究方法,对秸秆沼气工程中细菌、甲烷古菌与厌氧纤维素降解菌的群落结构进行分析,结果表明: (1)供试秸秆沼气发酵体系中细菌种类十分丰富,主要属于七大类群,分别为Firmicutes(厚壁菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Tenericutes(无壁菌门)、Actinobacteria(放线菌)和Synergistetes。其中以变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门为主,三者分别占库容40.48%、30.1%与21.45%。其中的的优势细菌共有5种,经与Genebank中数据比较,分别类似于Thermopolyspora flexuosa、Clostridium jejuense、Solirubrobactersoli、Pseudomonas pseudoalcaligenes和Clostridium innocuum; (2)供试秸秆沼气发酵体系中古菌主要属于Euryarchaeota(广古菌门),包括七个属,分别为Methanobacterium(甲烷杆菌属)、Methanosphaerula(甲烷微菌属)、Methanocorpusculum(甲烷粒菌属)、Methanosarcina(甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃毛菌属)、Methanolinea(甲烷绳菌属)、Methanospirillum(甲烷螺菌)。以秸秆为主要原料的厌氧发酵过程中,甲烷鬃菌属为优势微生物,相对丰度为69.2%-71.9%,而在秸秆与畜禽粪便混合发酵过程中,甲烷八叠球菌为优势微生物,相对丰度为73.1%。 (3)供试秸秆沼气发酵体系中厌氧纤维素降解菌主要属于Firmicutes(厚壁菌门),包括Clostridium(梭菌属)、Bacillus(芽孢杆菌属)、Ruminococcus(瘤胃球菌属)、Paenibacillus(类芽孢杆菌属)四个属。其中主要的优势种群为Clostridium cellulovorans、Bacillus licheniformis和Clostridium stercorarium,体系中三者的相对丰度分别为14.41%-70.06%、10.88%-14.23%和10.11%-19.87%。 【关键词】:秸秆 沼气发酵 微生物群落 T-RFLP 克隆文库
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X712;X172
【目录】:
  • 摘要6-7
  • Abstract7-12
  • 第一章 引言12-20
  • 1.1 中国规模化秸秆沼气工程现状12-15
  • 1.1.1 秸秆的分布特征及特性12
  • 1.1.2 秸秆原料预处理方法12-13
  • 1.1.3 秸秆沼气发酵工艺类型13-15
  • 1.1.4 沼气利用方式15
  • 1.2 沼气发酵厌氧生物降解过程15-17
  • 1.2.1 厌氧消化过程15-16
  • 1.2.2 不产甲烷菌和产甲烷菌的关系16
  • 1.2.3 厌氧纤维素降解菌在秸秆沼气工程中的作用16-17
  • 1.3 秸秆沼气工程中微生物群落研究方法17-19
  • 1.3.1 分子生物学研究微生物的方法17-18
  • 1.3.2 末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术18-19
  • 1.4 研究目的和意义19-20
  • 第二章 我国规模化秸秆沼气工程调研与样品采集20-22
  • 2.1 秸秆沼气工程调研方法与内容20
  • 2.1.1 调研范围20
  • 2.1.2 调研内容20
  • 2.1.3 我国规模化秸秆沼气工程的总体状况20
  • 2.2 样品采集20-22
  • 第三章 秸秆沼气工程中细菌群落结构分析22-44
  • 3.1 实验材料22-23
  • 3.1.1 厌氧污泥样品来源22
  • 3.1.2 分子生物学试剂及培养基22
  • 3.1.3 主要实验仪器及实验耗材22-23
  • 3.2 实验方法23-30
  • 3.2.1 基因组 DNA 提取23-24
  • 3.2.2 末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析24-26
  • 3.2.3 克隆文库构建26-30
  • 3.3 试验结果与分析30-43
  • 3.3.1 基因组 DNA 提取结果30
  • 3.3.2 细菌 T-RFLP 结果分析30-33
  • 3.3.3 克隆文库33-42
  • 3.3.4 T-RFLP 与克隆文库结果结合分析42-43
  • 3.4 小结43-44
  • 第四章 秸秆沼气工程中古菌群落结构分析44-57
  • 4.1 实验材料44
  • 4.2 实验方法44-47
  • 4.2.1 基因组 DNA 提取44
  • 4.2.2 T-RFLP 方法44-45
  • 4.2.3 克隆文库方法45-47
  • 4.3 实验结果与分析47-56
  • 4.3.1 细菌 T-RFLP 结果分析47-50
  • 4.3.2 克隆文库50-55
  • 4.3.3 T-RFLP 与克隆文库结果结合分析55-56
  • 4.4 小结56-57
  • 第五章 秸秆沼气工程中纤维素降解菌的多样性分析及菌株初步分离57-70
  • 5.1 实验材料57
  • 5.1.1 厌氧污泥样品来源57
  • 5.1.2 分子生物学试剂及培养基57
  • 5.1.3 主要实验仪器及实验耗材57
  • 5.2 实验方法57-60
  • 5.2.1 基因组 DNA 提取57
  • 5.2.2 末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分析57-59
  • 5.2.3 克隆文库构建59-60
  • 5.2.4 厌氧纤维素菌初步分离60
  • 5.3 实验结果与分析60-69
  • 5.3.1 Cel48 基因 T-RFLP 结果分析60-62
  • 5.3.2 克隆文库62-67
  • 5.3.3 T-RFLP 与克隆文库结果结合分析67-68
  • 5.3.4 厌氧纤维素菌初步分离68-69
  • 5.4 小结69-70
  • 第六章 结论及工作展望70-72
  • 6.1 结论70
  • 6.2 工作展望70-72
  • 参考文献72-77
  • 致谢77-78
  • 作者简介78


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