延边地区低温产甲烷菌富集与鉴定及应用初探

论文摘要

为激活沼气厌氧发酵系统内产甲烷菌群的活性,寻求北方冬季低温下提高反应器产沼气效率的途径。本研究以延边朝鲜族自治州湿地污泥样品为试材,通过DGGE、高通量测序技术进行微生物群落分析,筛选出产甲烷菌丰度高的样品,采用Hungate分离技术在低温下富集、分离产甲烷菌,并进行菌种鉴定,利用固定床炭纤维载体反应器厌氧发酵,通过对反应器日产气量、甲烷含量、pH值、挥发性脂肪酸含量、COD去除率和微生物组成等指标的测定,初步探讨产甲烷菌富集液在反应器运行中的作用。研究结果如下:(1)在延边朝鲜族自治州中的四个地区敦化、珲春、延吉、和龙的微生物群落组成中,Methanomicrobiales和Methanosarcinales为优势菌群。通过对比分析进行富集、分离试验材料的筛选,得出敦化5 cm、敦化40cm、珲春5cm、珲春25cm、珲春40cm的甲烷微菌目和甲烷八叠球菌目丰度较高,此5个样品富集时优先选择,较易分离出优势产甲烷菌。(2)敦化40 cm的富集菌液在6 d的OD600值最大,生长能力较强。从延边朝鲜族自治州湿地污泥中分离出了一株产甲烷菌L2,分离菌株革兰氏染色为阴性,杆状,严格厌氧,通过16S rRNA基因系统发育分析表明L2属于甲烷微菌科(Methanomicrobiaceae);甲烷裂叶菌属(Methanolacinia)。(3)固定床反应器A和B在启动阶段成功启动且较稳定。日产气量接近,A和B甲烷含量分别平衡在60%和50%,COD去除率稳定在80%左右,pH值的变化和VFA分解状况处于稳定状态,适宜厌氧发酵的进行。运行阶段反应器A和B的日产气量和累积产气量均呈现明显的上升趋势,接种敦化污泥的反应器B甲烷含量上升趋势较快,COD去除率升高至70%,利用反应器的方式富集产甲烷菌是可行的。炭纤维膜载体上的微生物丰富度高于底泥,Methermicoccus和Methanobacterium是两个反应器中的优势菌群,Methanosalsum、Methomssiliicoccus和Methanosaeta仅在反应器 B 中存在。(4)低温条件下在固定床厌氧发酵反应器中加入富集菌液,日产气量迅速增加,第30 d时达到最高峰730 mL,甲烷含量从61%提升至65.8%,pH值和VFA含量无较大波动,COD去除率提高了 15%,出液的OD600比起始时增加0.213,Methanolacinia和Methanohalophilus是加菌后的独有菌群,来源于产甲烷菌富集菌液。加入富集菌液对反应器各项指标均有积极的影响,且停止加富集菌液后其效果依然存在。产甲烷菌富集菌液可以初步应用于低温反应器。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景
•   1.2 产甲烷菌菌种资源
•     1.2.1 低温产甲烷菌的分布
•     1.2.2 产甲烷菌的生物学特征
•     1.2.3 产甲烷菌菌种资源的国内外研究进展
•     1.2.4 现代分子生物学技术在产甲烷菌中的应用进展
•   1.3 产甲烷菌在厌氧发酵体系产沼气中的应用
•     1.3.1 固定床厌氧反应器工艺特点
•     1.3.2 厌氧发酵产沼气现状
•     1.3.3 产甲烷菌在厌氧发酵体系中的应用进展
•   1.4 研究目的及意义
•     1.4.1 研究目的
•     1.4.2 研究意义
•   1.5 研究内容
•     1.5.1 研究内容
•     1.5.2 技术路线
• 第二章 延边州不同地区产甲烷菌分布及微生物群落研究
•   2.1 试验材料
•   2.2 试验方法
•     2.2.1 DNA的提取
•     2.2.2 古菌16S rRNA基因的PCR扩增
•     2.2.3 古菌变性梯度凝胶电泳（DGGE）
•     2.2.4 产甲烷菌基于mcrA基因的高通量测序
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 延边州湿地污泥的古菌微生物DGGE条带分析
•     2.3.2 延边州湿地污泥的产甲烷菌群落多样性分析
• 第三章 产甲烷菌的富集、分离及鉴定
•   3.1 试验材料
•   3.2 试验方法
•     3.2.1 产甲烷菌的富集培养
•     3.2.2 产甲烷菌的分离纯化
•     3.2.3 形态学观察
• 600的测定'>    3.2.4 生长密度OD₆₀₀的测定
•     3.2.5 古菌16S rRNA基因的扩增、测序鉴定及系统发育分析
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 产甲烷菌的富集菌液分析
•     3.3.2 产甲烷菌的分离菌株分析
•     3.3.3 产甲烷菌的分离菌株16S rRNA基因测序鉴定
• 第四章 低温下固定床厌氧反应器的启动及运行
•   4.1 试验材料
•   4.2 试验方法
•     4.2.1 试验装置运行条件
•     4.2.2 原料理化性质的测定
•     4.2.3 产气量及甲烷含量的测定
•     4.2.4 挥发性脂肪酸（VFA）含量的测定
•     4.2.5 化学需氧量（COD）的测定
•     4.2.6 古菌16S rRNA基因的PCR扩增和DGGE
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 原料种泥的理化性质
•     4.3.2 不同反应器的日产气量和累积产气量变化
•     4.3.3 不同反应器的甲烷含量变化
•     4.3.4 不同反应器的pH值和挥发性脂肪酸（VFA）含量变化
•     4.3.5 不同反应器的化学需氧量（COD）去除率变化
•     4.3.6 不同反应器中污泥的古菌微生物DGGE条带分析
• 第五章 低温下固定床反应器中富集菌液的添加及应用
•   5.1 材料与方法
•   5.2 结果与分析
•     5.2.1 添加产甲烷菌富集菌液对日产气量的影响
•     5.2.2 添加产甲烷菌富集菌液对甲烷含量的影响
•     5.2.3 添加产甲烷菌富集菌液对pH值和VFA含量的影响
• 600值的变化'>    5.2.4 添加产甲烷菌富集菌液OD₆₀₀值的变化
•     5.2.5 添加产甲烷菌富集菌液对COD去除率的影响
•     5.2.6 添加产甲烷菌富集菌液对古菌微生物群落的影响
• 第六章 讨论与结论
•   6.1 讨论
•   6.2 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李楠

导师: 赵洪颜

关键词: 低温,微生物多样性,产甲烷菌,富集,分离

来源: 延边大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,农业科技

专业: 生物学,新能源,农业工程

单位: 延边大学

基金: 国家自然基金(51741809)

分类号: S216.4;Q939.9

总页数: 71

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