棉秆沼气发酵过程优化及微生物群落分子多样性研究
发布时间：2020-10-31 07:36
我国棉秆资源丰富,利用棉秆发酵制取沼气是有效利用棉秆资源的途径之一。由于棉秆具有不同于软茎秸秆的特殊特征,是一种木质化程度高、韧皮纤维丰富的硬秸秆,因此有必要研究棉秆的沼气发酵潜力及发酵过程。为此,本文开展了如下系列研究,其研究结果为提高棉秆沼气发酵效率奠定了一定的理论基础,并可为棉秆沼气发酵的实际推广应用提供科学指导。 (1)进行了棉秆沼气发酵接种物的驯化筛选,建立了接种物驯化方法,认为用棉秆粉和砂粒驯化的河底泥是较好的接种物,适于棉秆的沼气发酵。 (2)以棉秆为原料,在中温(35±2)℃条件下研究了棉秆的沼气发酵潜力及发酵过程中纤维素、半纤维素和木质素的降解特征,结果表明,在250 ml三角瓶中发酵53 d,棉秆的沼气发酵潜力为202 ml/g·TS;发酵过程中,纤维素和半纤维素的降解率分别为12.4%和21.0%,木质素基本没有降解。同时,在常温(28±2)℃条件下比较了棉秆、麦秆、稻秆和玉米秆等不同秸杆原料的沼气发酵产气量,结果表明棉秆的沼气发酵潜力低于其它秸杆原料。尽管如此,棉秆蕴藏着丰富的可开发的生物质潜能。 (3)在中温条件下,在250 ml三角瓶中通过正交试验优化了棉秆沼气发酵的工艺条件,获得的最佳工艺条件是:接种物为30%,TS为7%,碳氮比为30:1,起始pH为7.0。同时,在优化的工艺条件下,在1 L三角瓶中进行了棉秆沼气发酵的过程研究,结果表明,蛋白酶、糖化酶、液化酶和纤维素酶活性的峰值及挥发性有机酸含量的峰值正好处于沼气产气量峰值期间,说明上述各种酶及挥发性有机酸与沼气发酵效率密切相关。 (4)建立了一种适合于从不同发酵阶段的沼液中提取可直接进行PCR扩增的微生物总DNA的有效方法,即采用脱腐缓冲液、溶菌酶、SDS、KAC和酚/氯仿、异丙醇、乙醇提取总DNA的方法。 (5)建立了利用DGGE技术研究棉秆沼气发酵过程中微生物群落结构多样性的方法。在不同发酵阶段提取微生物总DNA,对其16S rDNA V3区进行扩增并通过DGGE分析不同发酵阶段细菌群落结构的变化,结果表明在整个发酵过程中,细菌群落结构多样性比较丰富,且随发酵时期发生变化,并与沼气产气量和基质降解密切相关。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：S216.4
【部分图文】：
技术应用于微生物分子生态学领域于微生物群落结构的多样性研究和[55]、湖泊[56]、海洋[57]、土壤[58]和活一般的聚丙烯酰胺凝胶电泳时，其 DNA 片段能够被区分开，但同样长能被区分。DGGE 技术在一般的聚酰胺）梯度，从而能够把同样长度片段有其特有的序列组成，决定了NA 片段一般有几个解链区域，每浓度逐渐增加达到其最低的解链区。当变性剂浓度再升高依次达到各。直到变性剂浓度达到最高的解链双链 DNA 完全解链，见图 1.2。
当不同 DNA 片段的序列差异发生在最高的解链温度区域时，DNA 片段会完全解链后在胶中继续迁移，就不能被区分开来。为了解决这个问题，可以 DN片段的一端加一个 GC 夹（一般 30-50 个碱基对），这样 DNA 片段最高的解链区域在 GC 夹这一段序列处，温度很高，可以防止 DNA 片段在胶中完全解链，就可使 DNA 片段中每个碱基处的序列差异都能被区分开。当用 DGGE 技术研究微生物群落结构时，需要设计通用引物，且其中一个引物的 5’端含有一段 GC 夹子，用来扩增微生物总 DNA 后用于 DGGE 分析。DGGE 有两种电泳形式：垂直电泳（图 1.3）和水平电泳（图 1.4）。前者是指变性剂梯度的方向和电泳方向垂直，后者是指两个方向是平行的。在分析微生物群落的 PCR 扩增产物时，一般先要用垂直电泳来确定一个大概的变性剂范围，再用水平电泳来对比分析不同的样品。在用水平电泳分析样品之前，一般采用间歇点样优化确定最佳电泳时间，如图 1.5 所示。
图 5.2 不同样品总 DNA 的 16SrDNAPCR 扩增结果A:第 0 d；B:第 3 d；C:第 6 d；D:第 9 d；E:第 12 d；F:第 15 d；G:第 18H:第 21 d；I:第 24 d；J:第 27 d；K:第 35 d；L:第 53 d; marker:DL 2000Fig.5.2 Result of 16SrDNA PCR amplification of total DNA extracted in diA:The 1 day；B: The 3 day；C:The 6 day；D:The 9 day；E:The 12 day；FG: The 18 day; H:The 21 day；I:The 24 day；J:The 27 day；K:The 35 day；GGE 图谱秆沼气发酵不同时期样品的 PCR 产物的 DGGE 图谱如图 20%变性剂 A B C D E F G H I J K L89
【引证文献】
本文编号：2863646
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：S216.4
【部分图文】：
技术应用于微生物分子生态学领域于微生物群落结构的多样性研究和[55]、湖泊[56]、海洋[57]、土壤[58]和活一般的聚丙烯酰胺凝胶电泳时，其 DNA 片段能够被区分开，但同样长能被区分。DGGE 技术在一般的聚酰胺）梯度，从而能够把同样长度片段有其特有的序列组成，决定了NA 片段一般有几个解链区域，每浓度逐渐增加达到其最低的解链区。当变性剂浓度再升高依次达到各。直到变性剂浓度达到最高的解链双链 DNA 完全解链，见图 1.2。
当不同 DNA 片段的序列差异发生在最高的解链温度区域时，DNA 片段会完全解链后在胶中继续迁移，就不能被区分开来。为了解决这个问题，可以 DN片段的一端加一个 GC 夹（一般 30-50 个碱基对），这样 DNA 片段最高的解链区域在 GC 夹这一段序列处，温度很高，可以防止 DNA 片段在胶中完全解链，就可使 DNA 片段中每个碱基处的序列差异都能被区分开。当用 DGGE 技术研究微生物群落结构时，需要设计通用引物，且其中一个引物的 5’端含有一段 GC 夹子，用来扩增微生物总 DNA 后用于 DGGE 分析。DGGE 有两种电泳形式：垂直电泳（图 1.3）和水平电泳（图 1.4）。前者是指变性剂梯度的方向和电泳方向垂直，后者是指两个方向是平行的。在分析微生物群落的 PCR 扩增产物时，一般先要用垂直电泳来确定一个大概的变性剂范围，再用水平电泳来对比分析不同的样品。在用水平电泳分析样品之前，一般采用间歇点样优化确定最佳电泳时间，如图 1.5 所示。
图 5.2 不同样品总 DNA 的 16SrDNAPCR 扩增结果A:第 0 d；B:第 3 d；C:第 6 d；D:第 9 d；E:第 12 d；F:第 15 d；G:第 18H:第 21 d；I:第 24 d；J:第 27 d；K:第 35 d；L:第 53 d; marker:DL 2000Fig.5.2 Result of 16SrDNA PCR amplification of total DNA extracted in diA:The 1 day；B: The 3 day；C:The 6 day；D:The 9 day；E:The 12 day；FG: The 18 day; H:The 21 day；I:The 24 day；J:The 27 day；K:The 35 day；GGE 图谱秆沼气发酵不同时期样品的 PCR 产物的 DGGE 图谱如图 20%变性剂 A B C D E F G H I J K L89
【引证文献】
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1 白云;棉秆预处理及沼气发酵系统微生物群落多样性研究[D];华中科技大学;2009年
本文编号：2863646
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