高效厌氧纤维素降解菌的筛选、复合菌系构建及对沼气发酵的影响

【摘要】：由于建设成本低、适合农村等特点,沼气已成为国家能源建设和新农村建设中优先发展重点。然而,沼气产量严重受到温度的制约,低温可造成沼气池产气大幅减少,大大限制沼气在北方寒冷地区的推广。其次,沼气产气速率还受到其主要发酵原料-纤维素类物质的降解和转化效率的影响。因此,低温环境下高效纤维素降解菌的获得具有重要意义。本研究选取低温冻土及与沼气发酵相关的材料(牛粪、羊粪、沼泥)为研究样本,对其厌氧纤维素降解菌的菌群结构进行了分析,从中筛选出高效的厌氧纤维素降解菌,构建了复合降解菌系,并应用于沼气发酵。主要得到以下结果： 1、运用亨盖特厌氧技术分离到264株厌氧纤维降解菌,其中35℃分离到191株,主要由Acetivibrio、Clostridium和Ruminococcus3个属的类群组成；15℃分离到73株,主要由Clostridium、Bacteroides组成。不同类型的样本间厌氧纤维素降解菌的菌群结构和数量也有较大差异,但整体上多样性偏低,结构较为单一。 2、筛选到15株高效纤维素降解菌。其滤纸降解率和CMC酶活都高于18.51%和0.0116U,其中YBJ-301351的纤维素降解能力最好,滤纸降解率和CMC酶活分别是52.69%和0.033U。 3、用正交配对方法构建并筛选出两种高效厌氧纤维素降解复合菌系C14C15,其酶活分别比YBJ-301351高出124%和60%,同时滤纸降解率分别比YBJ-301351提高了65.5%和25.9%。 4、复合菌系C14能够明显提高35℃和15℃沼气发酵产气率以及玉米秸秆降解率。在35℃下,C14能够快速启动沼气发酵,并且沼气发酵总产气量和甲烷总产气量分别提高了27.3%和21.5%；在15℃下,对照与C14处理组日产气速率均不太稳定,但C14处理组总产气量和甲烷总量分别比对照提高了25.7%和23.7%。 研究结果丰富了纤维素降解菌菌种资源,复合降解菌系的获得也为提高寒区沼气产气速率和提高了有价值的资料。 【关键词】：厌氧纤维素降解菌 复合菌系 沼气发酵
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X172;S216.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 縮写词表6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景9
• 1.2 沼气发酵概述9-11
• 1.2.1 沼气发酵过程的微生物菌群和阶段理论9-10
• 1.2.2 沼气发酵的条件10-11
• 1.3 国内外研究现状11-16
• 1.3.1 厌氧纤维素降解微生物的研究进展11-15
• 1.3.2 降解纤维素复合菌剂的研究进展15-16
• 1.4 研究目的及意义16-17
• 第二章 材料与方法17-22
• 2.1 试验材料17
• 2.2 试验方法17-22
• 2.2.1 实验装置17-18
• 2.2.2 富集、分离与纯化18-19
• 2.2.3 16s rDNA序列扩增、测序及系统发育树构建19
• 2.2.4 高效纤维素降解菌的复筛19
• 2.2.5 复合菌系的构建19-20
• 2.2.6 复合菌系预处理秸秆对厌氧发酵产沼气的效果研究20-21
• 2.2.7 分析方法21-22
• 第三章 结果与讨论22-42
• 3.1 厌氧纤维素降解菌的分离培养22-24
• 3.1.1 厌氧纤维素降解菌的分离培养及形态特征22
• 3.1.2 厌氧纤维素降解菌数量分布特征22-24
• 3.2 厌氧纤维素降解菌鉴定及菌群结构分析24-29
• 3.2.1 不同类型的样品厌氧纤维降解菌的菌群结构24-26
• 3.2.2 不同温度厌氧纤维降解菌的菌群结构26-29
• 3.3 高效厌氧纤维素降解菌筛选29-31
• 3.3.1 滤纸降解率与CMC酶活分析29-30
• 3.3.2 高效复合菌系的筛选30-31
• 3.4 纤维素降解复合菌系构建及产酶条件分析31-34
• 3.4.1 纤维素降解复合菌系构建31
• 3.4.2 培养时间对复合菌系CMC酶活的影响31-33
• 3.4.3 培养的起始pH对复合菌系CMC酶活的影响33-34
• 3.5 复合菌系预处理秸秆对厌氧发酵产沼气的影响34-42
• 3.5.1 复合菌系对中温沼气发酵产气效果的影响34-37
• 3.5.2 复合菌系对低温沼气发酵产气效果的影响37-40
• 3.5.3 复合菌系沼气发酵过程中纤维素、半纤维和木质素含量的影响40-42
• 第四章 结论与展望42-44
• 4.1 主要结论42-43
• 4.2 展望43-44
• 参考文献44-52
• 在读期间研究成果52-53
• 致谢53-54
• 附录54

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