分解木质纤维素复合菌系的形成机理及应用

发布时间：2017-12-08 01:21

  本文关键词：分解木质纤维素复合菌系的形成机理及应用

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【摘要】：化石能源的过度使用导致全球气候变暖,生态系统恶化以及全国大面积的雾霾,面对着能源安全和环境污染的双重压力,生物质越来越受到人们的关注。秸秆资源的焚烧等不当处理正带来环境污染和资源浪费。复合菌系具有高效分解木质纤维素类物质的能力。对复合菌系的深入研究,为利用秸秆等纤维素类资源提供理论支持。本研究以进一步探明复合菌系形成机理,揭示限制性培养中"外淘汰"、"酸碱组配"原理为目标展开实验,得到如下结果:1.以不同发酵阶段堆肥为菌源,水稻秸秆为底物,经限制性培养筛选了多个复合菌系,发现堆肥菌源腐熟期筛选获得的复合菌系A2、A3和高温期筛选的复合菌系B1、B3菌群结构虽不同,都有较好的秸秆分解能力。2.发现限制性培养过程微生物变化符合"外淘汰"规律,也有随机性过程。经限制性培养后,不同堆肥菌源微生物菌群结构差异明显,淘汰了较多与纤维素分解相关性低的微生物。限制性培养过程中菌群结构一直处于变化的状态,随机性过程增加。相同菌源相同培养条件下的A1秸秆降解率显著低于平行A2和A3,3天时pH高于A2、A3。3.将pH下降缓慢和回升缓慢的培养菌群进行"酸碱组配",组配前,以产碱杆菌为代表辅助菌在A1中处于优势,数量比例高达67.06%时,可能分解木质纤维素的菌株丰度比例很低,秸秆减重率低,pH下降缓慢;辅助菌丰度比例较低、可能分解木质纤维素的菌株丰度比例较高的A3、B3,秸秆减重率高,pH较低,回升到微碱性较慢。组配后,种类和丰度改变,分解菌和辅助菌数量比例调整,复合菌系保持较高的秸秆减重率,pH变化符合已稳定复合菌系的规律。"酸碱组配"有利于获得稳定复合菌系。4.利用高通量测序技术研究了高温、中温条件和水稻秸秆、小麦秸秆为底物筛选的复合菌系ADC6,MC1,WSD5,WDC2和XDC2的菌群结构,发现5个复合菌系中普遍存在古菌;菌群组成可能受到筛选温度、底物的影响,其中中温复合菌系WSD5和XDC2微生物的多样性大于高温复合菌系ADC6,MC1和WDC2。5.利用分解木质纤维素复合菌系的性质特点,探索其在沼气厌氧发酵中的应用,结果:1)利用复合菌系分解能力强,菌群较稳定的特点,预处理携带大量杂菌的腐败青贮玉米秸秆。经过MC1预处理5天,腐败青贮玉米秸秆厌氧发酵产气率提高了 74.7%,MC1内关键菌株的数量比例保持较稳定。2)利用产甲烷菌在复合菌系MC1中生长的特点,探索制作操作简单、培养成本低的生物添加剂,添加到高有机负荷、高挥发性有机酸积累的厌氧发酵体系中,提高了 11.75%到24.78%的产气量,利于系统的恢复。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q939.9;S216

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本文编号：1264519