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蓝藻秸秆厌氧产沼气及其微生物群落结构分析

穆维娜  
【摘要】:安徽省作为农业大省,每年都有大量的秸秆产生。众所周知,秸秆的焚烧会产生有害气体和大量的颗粒物烟尘,严重威胁着人们的日常生活。巢湖是中国第五大淡水湖,近年来富营养化严重,蓝藻暴发成为环境问题。秸秆作为农业生产中的副产品是一种容易获取的生物能源,蓝藻含丰富的有机质,也是一种生物质资源。因此如何把秸秆和蓝藻有效地转化为清洁能源对于环境和能源有重大的影响。厌氧发酵可以使秸秆和蓝藻转化为清洁能源,产生的沼气可发电或者直接燃烧加以利用,既保护了环境也使资源得到了利用。厌氧发酵过程需要不同阶段的微生物相互协作完成,因此沼气发酵过程中的微生物群落结构和功能的解析已经成为研究的热点。分子生物学技术在微生物鉴定方面的应用,可以研究微生物在厌氧发酵过程中物种变化情况。本文采用实验室自制秸秆蓝藻混合厌氧反应装置进行沼气发酵实验,比较经过预处理后的秸秆与未经预处理的秸秆在混合产气过程中产气效果的差异。结果表明:秸秆经过6%NaOH预处理后的产气效果要略好于对照组。秸秆预处理后的发酵装置启动迅速,第二天就达到日产气量高峰,峰值为600 mL,对照组日产气量峰值为406mL。预处理组甲烷含量最高可达65%,高于对照组的55%。本文利用16S rRNA基因克隆文库的方法,对秸秆蓝藻混合厌氧发酵过程中不同产气阶段的细菌和古菌进行多样性研究。分别采集产气初始期、产气高峰期和产气终止期的厌氧发酵液,利用16S rRNA基因克隆文库的方法,分别构建细菌和古菌的克隆文库,共6个,对不同产气阶段的细菌和古菌进行分类,以此找出各阶段的优势种群。主要结论有两点:第一,秸秆蓝藻混合厌氧发酵系统含有六个门的细菌,分别为:Firmicutes(厚壁菌门)、Proteobacteria(变形菌门)、Bacteroidetes(拟杆菌)、Chloroflexi(绿弯菌门)、Spirochaetes(螺旋体门)、Ignavibacteriae(绿菌门)。不同发酵过程的优势菌所属门不同:产气初始期细菌群中丰度最大的种群属于变形菌门,占该阶段总细菌种群数目的30.6%,产气高峰期细菌群中丰度最大的种群属于拟杆菌门,占细菌种群数目的27.6%,产气终止期细菌群中丰度最大的种群属于变形菌门占细菌种群数目的24.4%。第二,秸秆蓝藻混合厌氧发酵系统中,古菌均属于Euryarchaeota(广古菌门),分别为Methanomicrobia (甲烷微菌纲)、Methanobacteria(甲烷杆菌纲)和Thermoplasmata(热原体纲)。按属可分为其中包括Methanoregula、 Methanobacterium (甲烷杆菌属)、Methanosphaerula(甲烷微菌属)Methanosarcina (甲烷八叠球菌属)、Methanosaeta(甲烷鬃菌属)、Methanolinea(甲烷绳菌属)、Methanomassiliicoccus (马氏甲烷球菌科)与Methanospirillum(甲烷螺菌属)、Methanobacteria(甲烷杆菌科)。其中,Methanoregula和甲烷八叠球菌属占绝对优势。不同古菌在发酵过程中的变化趋势不同:甲烷微菌先升后降,甲烷杆菌在发酵开始后迅速下降至消失,热原体菌只出现在发酵终止期。


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