低温产甲烷菌群分析

【摘要】：全国75%以上的户用沼气发酵受到冬季低温的影响,在北方地区此现象犹为严重。而沼气发酵又是一个多菌种协同作用的复杂生化反应。只有准确、全面地了解低温沼气发酵微生物菌群,建立以微生物为基础的调控方法,才能彻底解决低温条件下沼气产气率低等问题。本文采用PCR–DGGE(变性梯度凝胶电泳)法对样品的菌群多样性进行研究,同时确定了低温沼气发酵的温度,底物浓度等参数。结论如下: 1.经PCR-DGGE分析,采集自肇源县的原始湿地淤泥与富集一代淤泥在细菌多样性方面略有差异。经富集培养后,原料分解能力较强的纤维杆菌属(Fibrobacter sp.)、厚壁菌门(Firmicutes)等成为优势菌种。而产甲烷菌主要由与产甲烷菌富集培养克隆子Me-c24(Methanogenic bacterium enrichment culture clone Me-c24 16S ribosomal RNA gene, partial sequence)相似度达98%的产甲烷菌及未培养菌组成。这些未培养菌种大多从河底淤泥、地中海冷海域海底淤泥、稻田及沼气池中分离获得。 2.以牛粪为发酵底物,通过对牛粪投料浓度(2%、4%、6%、8%、10%)、反应温度(8℃、10℃、15℃)等两个具有代表性的影响因素进行研究,结果表明,浓度为6%和8%的实验组的pH值都在正常范围内,且总产气量和甲烷含量明显高于其他三组,最终确定牛粪投料浓度为6-8%。反应温度为8℃、10℃、15℃的三个实验组均能正常发酵,且各实验组之间的发酵性能无显著差异,平均池容率可以维持在1:0.2左右。由此证明,此低温菌群可在8℃下正常进行沼气发酵,节省了为提高发酵温度而消耗的大量能源,体现出良好的应用前景。 【关键词】：低温沼气发酵 菌群分析 产甲烷菌 DGGE
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题背景9-15
• 1.1.1 沼气技术在国内外的发展概况9-10
• 1.1.2 沼气技术在黑龙江地区的发展概况10-11
• 1.1.3 低温沼气技术定义11
• 1.1.4 低温条件下沼气建设存在的问题11-12
• 1.1.5 解决方法的初步探索12-15
• 1.2 低温产甲烷菌菌群分析15-20
• 1.2.1 低温产甲烷菌定义15-16
• 1.2.2 国内外发展概况16-20
• 1.3 DGGE 技术在菌群分析方面的应用20-21
• 1.3.1 DGGE 技术的原理20
• 1.3.2 DGGE 技术的优点20
• 1.3.3 DGGE 技术的发展概况20-21
• 1.3.4 DGGE 技术在低温产甲烷菌群分析中的应用前景21
• 1.4 本文主要研究内容及意义21-22
• 1.5 本文结构22-23
• 第2章 材料与方法23-34
• 2.1 低温产甲烷菌群的构建23-25
• 2.1.1 实验材料23
• 2.1.2 实验装置23
• 2.1.3 培养基23-25
• 2.1.4 实验方法25
• 2.2 底物浓度对低温产甲烷菌群的产气影响25-27
• 2.2.1 实验材料25
• 2.2.2 实验装置25-26
• 2.2.3 实验方法26-27
• 2.2.4 技术路线27
• 2.3 温度对低温产甲烷菌群的产气影响27-28
• 2.3.1 实验材料27
• 2.3.2 培养基27
• 2.3.3 实验方法27-28
• 2.3.4 技术路线28
• 2.4 低温产甲烷菌群基因的 DGGE 分析28-34
• 2.4.1 实验材料28
• 2.4.2 主要分子生物学试剂28-29
• 2.4.3 主要仪器设备29
• 2.4.4 实验方法29-33
• 2.4.5 技术路线33-34
• 第3章 结果与分析34-54
• 3.1 低温产甲烷菌群的构建34-35
• 3.2 底物浓度对低温产甲烷菌群的产气影响35-42
• 3.2.1 底物浓度对沼液pH 值的影响35-38
• 3.2.2 底物浓度对产气总量的影响38-40
• 3.2.3 底物浓度对甲烷含量的影响40-42
• 3.3 温度对低温产甲烷菌群的产气影响42-48
• 3.3.1 温度对沼液pH 值的影响42-44
• 3.3.2 温度对产气总量的影响44-46
• 3.3.3 温度对甲烷含量的影响46-48
• 3.4 低温产甲烷菌群基因的 DGGE 分析48-54
• 3.4.1 淤泥总DNA 的提取48
• 3.4.2 16SrDNA V_3区的 PCR 扩增结果48-49
• 3.4.3 淤泥中微生物菌群的 DGGE 分析49-50
• 3.4.4 序列测定及系统发育树分析50-54
• 第4章 讨论54-58
• 4.1 底物浓度对低温沼气发酵的影响54
• 4.2 温度对低温沼气发酵的影响54-56
• 4.3 低温产甲烷菌群基因的 DGGE 分析56-57
• 4.4 本研究的后续工作57-58
• 第5章 结论58-59
• 参考文献59-68
• 附录 实验相关溶液及试剂配制方法68-70
• 致谢70-71
• 攻读学位期间发表论文71

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