沼气发酵低温功能微生物的分离和促进沼气低温发酵的研究

【摘要】：温度是影响沼气发酵的重要因素,低温制约着沼气发酵的效率。促进低温沼气发酵的研究对沼气池越冬和应对低温环境具有重要的实践意义。 本研究获得的成果:(1)从若尔盖草甸淤泥中获得一株低温厌氧纤维素菌CD-2,分离菌株革兰氏阴性菌,直杆状,严格厌氧,菌体大小为0. 3μm×2.8 ~ 3.1μm,生长温度范围5℃~ 40℃(最适温度20℃);pH范围6.5 ~ 8.0(最适pH7);NaCl浓度范围0.1% ~ 0.4% (最适NaCl浓度0.2%)。分离菌株能利用滤纸、纤维素粉MN300、微晶纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、木聚糖等。在菌株CD-2的纤维素酶系中,存在外切-β-1, 4-葡聚糖酶(C1酶)、内切-β-1,4-葡聚糖酶(C_X酶)和β-葡萄糖苷酶三种组分,最适温度分别为30℃、30℃和25℃。该菌株还存在木聚糖酶,最适温度为30℃。通过16S rDNA序列分析表明,菌株CD-2属于梭菌属Clostridium,与C. papyrosolvens的相似性为99.1%。(2)在促进沼气发酵的试验中,投加的五株菌中,产甲烷菌DSM 6242添加后效果最好,其次是纤维素降解菌P4-3。两个实验组发酵稳定后的甲烷含量均在56%。投加产甲烷菌DSM 6242实验组的总产气量比对照组高出46.8%,每日产气量最多能比对照组高出66.7%。投加纤维素菌P4-3,实验组的总产气量比对照组高28.7%。每日产气量最多比对照组高出55.6%。DGGE图谱分析显示,15℃发酵样品和35℃发酵样品,共有条带为甲烷八叠球菌属;15℃发酵样品优势条带为甲烷粒菌属,35℃发酵样品的优势条带为甲烷微菌属。添加菌株DSM 6242和P4-3均会影响微生物菌群结构,以及不同菌群的生物量。其中DSM 6242实验组优势菌群为甲烷粒菌属和甲烷八叠球菌属,在培养第27天时出现甲烷微菌属。 【关键词】：沼气发酵 低温 厌氧纤维素降解菌 DGGE
【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】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第一章 引言12-23
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究目的和意义12-13
• 1.3 国内外最新研究进展13-21
• 1.3.1 低温生境中的厌氧群落结构13
• 1.3.2 低温菌种资源13-15
• 1.3.3 低温发酵机制15-20
• 1.3.4 低温发酵技术在沼气推广的应用20-21
• 1.4 研究内容和方法21-23
• 1.4.1 研究内容21
• 1.4.2 研究方法21-22
• 1.4.3 主要技术路线22-23
• 第二章 厌氧纤维素降解菌的分离鉴定及酶学研究23-40
• 2.1 实验材料23
• 2.1.1 主要试剂和仪器23
• 2.1.2 样品采集23
• 2.2 实验方法23-29
• 2.2.1 实验装置23-25
• 2.2.2 富集培养25-26
• 2.2.3 分离纯化26
• 2.2.4 厌氧纤维素降解菌形态特征及生理生化特性研究26-28
• 2.2.5 厌氧纤维素降解菌酶学特性28
• 2.2.6 16S rDNA 序列扩增、测序及系统发育树构建28-29
• 2.3 结果与分析29-38
• 2.3.1 富集培养物和分离菌株29
• 2.3.2 菌株CD-2 的分离、鉴定及系统发育学分析29-33
• 2.3.3 16S rDNA 分析和系统发育树构建33-34
• 2.3.4 纤维素酶组分活力的测定34-37
• 2.3.5 木聚糖酶的酶学特性37-38
• 2.4 结论与讨论38-40
• 2.4.1 菌株CD-2 的描述38
• 2.4.2 讨论38-40
• 第三章 促进低温沼气发酵的试验和DGGE 分析研究40-58
• 3.1 实验材料40-41
• 3.1.1 发酵原料40
• 3.1.2 接种物40
• 3.1.3 添加的纯菌40-41
• 3.2 实验方法41-44
• 3.2.1 低温菌种驯化41-42
• 3.2.2 分装到实验用发酵瓶42-43
• 3.2.3 添加纯菌培养物到小发酵瓶43
• 3.2.4 应用DGGE 技术对低温发酵体系的分析研究43-44
• 3.3 结果与分析44-56
• 3.3.1 低温菌种驯化情况44-45
• 3.3.2 分装到实验用发酵瓶的指标测定45-46
• 3.3.3 添加纯菌到实验用发酵瓶46-51
• 3.3.4 促进低温发酵功能微生物的 DGGE 图谱分析51-56
• 3.4 结论与讨论56-58
• 3.4.1 结论56-57
• 3.4.2 讨论57-58
• 第四章 全文结论及展望58-60
• 4.1 全文总结58
• 4.1.1 纤维素降解菌的分离58
• 4.1.2 促进低温沼气发酵研究58
• 4.2 不足与展望58-60
• 参考文献60-67
• 附录67-68
• 致谢68-70
• 作者简历70

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