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低温沼气发酵优良菌系的筛选及优势菌群分析

作　者: 孔维涛
导　师: 王占武
学　校: 河北农业大学
专　业: 发酵工程
关键词: 沼气低温 PCR-DGGE 产甲烷古菌克隆
分类号: S216.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

沼气是清洁能源之一，近几年，在政策激励和资金支持下，我国农村户用型沼气得到迅猛发展，然而人们对沼气发酵过程的控制还不完善，存在着沼气发酵启动时间长、原料利用率低、工艺控制不合理等问题，其中低温条件下产气质量低的问题是制约沼气事业发展的最重要因素之一。由于沼气发酵涉及物料分解、产酸产氢和产甲烷等多种微生物，是一个非常复杂的厌氧消化过程，研究明确优良沼气发酵体系的菌群结构，发现优势菌群是挖掘利用优良微生物资源，指导沼气生产的关键。本研究以不同地区的沼泥为接种源，通过阶段降温模拟沼气发酵试验，筛选低温条件下产气性能优良的接种源。以低温沼气发酵性能不同的发酵菌系ZG2、CW1、HL2及对应的接种源ZGB、CWA、HLB作为试验材料，通过PCR-DGGE技术、基因克隆及测序技术，对沼泥中微生物菌群结构多样性进行了分析，研究结果如下：1.从张家口沽源县，承德平泉县、围场县和邯郸临漳县采集低温下产气良好的沼泥样品12份：HLA、HLB、HLC、ZGA、ZGB、ZGC、CPA、CPB、CPC、CWA、CWB和CWC。以12份沼泥为接种源，进行了16°C、13°C、10°C和5°C五个温度阶段、为期40d的沼气发酵试验，通过总产气量、产气速率和甲烷含量三项指标的比较发现，以采自张家口沽源县的沼泥样品ZGB为接种源的5号处理组表现出最佳的低温沼气发酵性能，该处理组的沼气发酵总产气量为15910.4cm3，在10°C条件下，其产气速率达到0.048m3/（m3·d），甲烷含量为63%。2.参试样品中的微生物多样性十分丰富，但由于沼气发酵的接种物、原料和发酵环境温度的不同，导致样品中微生物的菌群结构存在较大差异。样品中微生物的相似性系数同样表明，沼气发酵条件和环境的不同将导致发酵体系中微生物结构的多样性发生改变。3.经基因克隆和测序比对，样品中主要的优势菌属为甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）、甲烷粒菌属（Methanocorpusculum）和甲烷鬃毛菌属（Methanosaeta）。4. DGGE图谱中接种源ZGB和发酵菌系ZG2样品中的7号条带为甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）。此条带是ZGB和ZG2样品中唯一位置相同的条带，而其它样品在该水平位置处没有优势条带出现，推测甲烷八叠球菌是低温环境下维持沼气池正常产气的关键菌群。

低温沼气发酵优良菌系的筛选及优势菌群分析

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