耐冷产甲烷菌的筛选及其低温下促进秸秆发酵的试验研究

【摘要】：随着国际能源供应的日趋紧张,节能问题日益为人们所重视。生物沼气以其可再生绿色无污染等优点受到重视,利用农作物秸秆厌氧生产生物沼气是未来能源发展的一个重要方向,既解决能源危机,又充分利用资源、保护环境。而在我国北方地区,低温气候严重制约了沼气发酵的效率。因此,促进低温沼气发酵的研究具有重要的实践意义。 本研究利用无菌无氧培养基的限制,从不同生境中筛选、分离耐冷产甲烷菌,通过正交试验对其进行生理生化特性研究,经PCR扩增、16S rDNA测序及同源性分析确定其系统分类学地位,并以外源微生物添加到低温沼气发酵体系中,探索耐冷产甲烷菌纯菌株对低温沼气发酵的影响。 研究结果如下： (1)从实验室UASB反应器的污泥中筛选一株耐冷产甲烷菌菌株US-3,该菌株革兰氏染色显阴性,不运动,球状菌。正交试验中各因素对菌株US-3生长能力的影响从大到小依次为底物类型、温度、pH值、Na+浓度,最佳水平分别为底物甲酸钠,温度25℃,pH值6.5,Na+浓度0.6mol·L-1。菌株US-3为梭菌属(Clostridium),相似性为98%。 (2)从低温稻田土中分离一株耐冷产甲烷菌菌株DT-6,该菌株革兰氏染色显阴性,不运动,杆状菌。影响该菌株生长能力大小的因素依次为pH值、温度、Na+浓度、底物类型,各因素最佳水平为pH值7.5,温度25℃,Na+浓度为Omol·L-1,底物为甲酸钠。菌株DT-6为柠檬酸杆菌属(Citrobacter),相似性为99%。 (3)与空白组相比,1、2、3号三组(分别添加10%、20%、30%的菌株US-3)在15℃条件下均能提高发酵系统的产气量,且添加量越大,产气量越大,3组试验的累积产气量分别为17186m、20704ml、22582ml,分别比对空白组高20.22%、33.78%、39.28%,空白组、1、2、3号四组试验甲烷含量平均值分别为57.32%、59.45%、62.47%、64.07%,添加产甲烷菌株US-3可消耗一定量的有机酸,减小pH值的降低幅度,保持系统的酸碱平衡。同时,提高发酵系统内有机质的利用率,降低COD浓度。 (4)4、5、6号(分别添加10%、20%、30%的菌株DT-6)三组试验的累积产气量分别为14212ml、16056ml、17827ml,分别比空白组高3.53%、14.61%、23.09%,三组试验的甲烷含量平均值分别为58.62%、59.94%、61.53%,均高于空白组的57.32%。添加菌株DT-6不同程度的维持发酵系统内的pH值,使发酵反应稳定进行,与空白组相比添加的菌株消耗了一定量的有机质,加速了COD的降解。 本课题研究表明耐冷产甲烷菌菌株US-3、DT-6对低温发酵系统均有促进作用,菌株US-3的效果明显好于菌株DT-6。可缓解低温条件对高寒地区沼气发酵的限制,改善我国能源匮乏的现状,具有较好的经济、社会和生态效益。 【关键词】：耐冷产甲烷菌 生理生化特性 16S rDNA 低温发酵
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X172;X71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 课题的来源和研究背景13-14
• 1.1.1 课题的来源13
• 1.1.2 课题的研究背景13-14
• 1.2 课题的研究目的和意义14-15
• 1.3 沼气发酵的研究进展15-19
• 1.3.1 秸秆发酵的研究进展15-17
• 1.3.2 低温沼气发酵的研究进展17-19
• 1.4 低温产甲烷菌的研究进展19-22
• 1.4.1 低温产甲烷菌的分布20
• 1.4.2 低温产甲烷菌的分离20-21
• 1.4.3 低温产甲烷菌的适冷机制21-22
• 1.5 课题研究的主要内容和技术路线22-25
• 1.5.1 课题研究的主要内容22
• 1.5.2 课题研究的技术路线22-25
• 第二章 耐冷产甲烷菌的筛选、分离25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 试验材料25-26
• 2.2.1 主要仪器25
• 2.2.2 主要试剂25-26
• 2.2.3 样品采集26
• 2.3 试验方法26-30
• 2.3.1 低温生境中菌种的分离26-28
• 2.3.2 常温菌种降温筛选28
• 2.3.3 菌株的分离纯化28-29
• 2.3.4 菌种的纯度鉴定及其形态学观察29-30
• 2.4 结果与分析30-34
• 2.4.1 产甲烷菌的富集培养30-32
• 2.4.2 产甲烷菌株的分离纯化32-33
• 2.4.3 菌株纯培物及其形态特征33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 菌株US-3、DT-6的生理生化特性研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 试验材料35
• 3.2.1 主要仪器35
• 3.2.2 主要试剂35
• 3 2.3 培养基成分35
• 3.3 试验方法35-37
• 3.3.1 正交试验的设计35-36
• 3.3.2 菌株最适生长曲线的测定36-37
• 3.4 结果与分析37-42
• 3.4.1 菌株US-3的生理生化特性37-39
• 3.4.2 菌株DT-6的生理生化特性39-41
• 3.4.3 菌株US-3、DT-6的最适生长曲线41-42
• 3.4.4 菌株US-3、DT-6的特征分析42
• 3.5 本章小结42-45
• 第四章 菌株US-3、DT-6的鉴定45-51
• 4.1 引言45
• 4.2 试验材料45
• 4.2.1 受鉴定菌株45
• 4.2.2 主要试剂45
• 4.2.3 主要仪器45
• 4.3 试验方法45-47
• 4.3.1 基因组DNA提取45-46
• 4.3.2 16S rDNA的PCR扩增46
• 4.3.3 16S rDNA测序及其系统发育分析46-47
• 4.4 结果与分析47-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第五章 菌株US-3、DT-6低温下促进秸秆发酵的试验研究51-63
• 5.1 引言51
• 5.2 试验材料51-53
• 5.2.1 发酵原料51
• 5.2.2 接种污泥51
• 5.2.3 主要试剂51-52
• 5.2.4 主要仪器52
• 5.2.5 试验装置52-53
• 5.3 试验方法53-56
• 5.3.1 发酵原料投加量及其碳氮比的确定53-54
• 5.3.2 秸秆预处理54-55
• 5.3.3 沼气发酵装置的启动55
• 5.3.4 分析测试项目与方法55-56
• 5.4 结果与分析56-62
• 5.4.1 添加菌株US-3、DT-6对产气量的影响56-58
• 5.4.2 添加菌株US-3、DT-6产甲烷含量的影响58-60
• 5.4.3 添加菌株US-3、DT-6对pH值的影响60-61
• 5.4.4 添加菌株US-3、DT-6对COD含量的影响61-62
• 5.5 本章小结62-63
• 第六章 结论63-65
• 6.1 结论63
• 6.2 建议63-65
• 参考文献65-69
• 作者简介69
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文69-71
• 致谢71

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