沼气池中产甲烷菌的分离鉴定及其分布的研究

【摘要】： 在沼气发酵过程中，甲烷的形成是由一群生理上高度专业化的古细菌——产甲烷菌所引起。产甲烷菌生长在严格厌氧的环境中，它们不能利用复杂的有机物作为能量来源，只能利用氢气、二氧化碳、甲酸、甲醇、甲基胺、乙酸等简单物质合成甲烷进行能量代谢，是厌氧发酵过程的最后一个成员。甲烷的生物合成是沼气发酵过程的关键步骤，分离鉴定越冬沼气池中占优势的产甲烷菌及研究产甲烷菌的类群分布，将有利于更好的了解北方冬季条件下产甲烷菌群的活动，为进一步提高沼气发酵的效率提供依据。 通过改进的亨盖特(Hungate)厌氧技术，从越冬猪粪发酵沼气池中分离到两株产甲烷菌菌株SH01和SH02。菌株SH01呈弯曲杆状，革兰氏阴性，有运动性，形成淡黄色菌落，能利用二氧化碳和甲酸钠作为碳源，但不能利用甲醇、乙酸钠和三甲胺。该菌最适生长pH为6.8-7.2，最适生长温度为35-40℃，最适Na~+浓度低于0.1mol／L。通过生理、形态结构特征与16S rDNA序列的同源性分析，表明菌株SH01是甲烷螺菌属中的一个成员，为亨氏甲烷螺菌(Methanospirllum hungatei)。 菌株SH02呈球状，革兰氏阴性，无运动性，形成淡黄色菌落，能利用二氧化碳和甲酸钠作为碳源，但不能利用甲醇、乙酸钠和三甲胺。该菌最适生长pH为7.5-8.0，最适生长温度为32-37℃，最适Na~+浓度低于0.3mol／L。通过生理、形态结构特征与16S rDNA序列的同源性分析，表明菌株SH02是甲烷袋形菌属(Methanoculleus)中的一个成员。 应用MPN法(最大或然估计法)研究在不同节气下产甲烷菌类群的变化，通过估计在不同节气中利用不同底物产甲烷菌所占的比例，来考查沼气发酵的效率与产甲烷菌族群的关系。实验结果表明，在不同节气下乙酸营养型(以乙酸或乙酸盐为底物)的产甲烷菌在产甲烷菌族群中占有优势，约占60-80％；不同节气下产甲烷菌数量差别较大，12月份产甲烷菌的数量最低，约为10×10~6，6月份产甲烷菌的数量最高，约为10×10~8，与沼气中甲烷含量与产气量的变化相一致。 【关键词】：产甲烷菌 生物学特征 系统分类学 MPN法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-27
• 1.1 厌氧微生物学的发展历史9-11
• 1.1.1 国外厌氧微生物学的研究概况9-10
• 1.1.2 国内厌氧微生物学的研究概况10-11
• 1.2 产甲烷菌的生物学特征11-16
• 1.2.1 产甲烷菌都是专性厌氧菌11-12
• 1.2.2 生长繁殖困难12-13
• 1.2.3 培养分离比较困难13
• 1.2.4 独特的产甲烷菌辅酶13-14
• 1.2.5 产甲烷菌都属于古细菌14
• 1.2.6 特殊的细胞壁结构14-16
• 1.3 产甲烷菌的生态分布及其在厌氧消化中的种群关系16-20
• 1.3.1 产甲烷菌的生态分布16-17
• 1.3.2 产甲烷菌在厌氧消化中的种群关系17-20
• 1.4 产甲烷菌的分类鉴定20-26
• 1.4.1 产甲烷菌的分类历史20-22
• 1.4.2 产甲烷菌的分类鉴定手段22-26
• 1.5 产甲烷菌分布数量的研究26
• 1.6 本论文的研究意义及主要工作26-27
• 2 产甲烷菌的分离及系统分类分析27-52
• 2.1 引言27
• 2.2 材料与方法27-38
• 2.2.1 实验材料与仪器27-28
• 2.2.2 样品采集与富集培养28-30
• 2.2.3 分离纯化培养与菌种纯度检验30-31
• 2.2.4 菌体观察及生理生化特性的测试31-34
• 2.2.5 菌株的系统分类学分析34-37
• 2.2.6 产甲烷菌的保存37-38
• 2.3 结果与讨论38-52
• 2.3.1 产甲烷菌的富集与分离38-39
• 2.3.2 菌株的表观及生理生化特征39-44
• 2.3.3 菌株的系统分类学研究44-49
• 2.3.4 产甲烷菌的保存49-50
• 2.3.5 讨论50-52
• 3 产甲烷菌的分布及数量52-60
• 3.1 引言52
• 3.2 材料与方法52-54
• 3.2.1 实验材料与仪器52
• 3.2.2 MPN法估计产甲烷菌的数量52-53
• 3.2.3 样品采集及培养条件53-54
• 3.3 结果与讨论54-60
• 3.3.1 产甲烷菌数量的估计54-58
• 3.3.2 讨论58-60
• 结论60-61
• 参考文献61-66
• 附录A 产甲烷菌株SH01和SH02的16S rDNA序列66-67
• 附录B 三管最大或然数表67-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

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