藍(lán)藻秸稈厭氧產(chǎn)沼氣及其微生物群落結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、安徽省作為農(nóng)業(yè)大省，每年都有大量的秸稈產(chǎn)生。眾所周知，秸稈的焚燒會產(chǎn)生有害氣體和大量的顆粒物煙塵，嚴(yán)重威脅著人們的日常生活。巢湖是中國第五大淡水湖，近年來富營養(yǎng)化嚴(yán)重，藍(lán)藻暴發(fā)成為環(huán)境問題。秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品是一種容易獲取的生物能源，藍(lán)藻含豐富的有機(jī)質(zhì)，也是一種生物質(zhì)資源。因此如何把秸稈和藍(lán)藻有效地轉(zhuǎn)化為清潔能源對于環(huán)境和能源有重大的影響。
　　厭氧發(fā)酵可以使秸稈和藍(lán)藻轉(zhuǎn)化為清潔能源，產(chǎn)生的沼氣可發(fā)電或者直接燃燒加以利用，

2、既保護(hù)了環(huán)境也使資源得到了利用。厭氧發(fā)酵過程需要不同階段的微生物相互協(xié)作完成，因此沼氣發(fā)酵過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的解析已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。分子生物學(xué)技術(shù)在微生物鑒定方面的應(yīng)用，可以研究微生物在厭氧發(fā)酵過程中物種變化情況。
　　本文采用實(shí)驗(yàn)室自制秸稈藍(lán)藻混合厭氧反應(yīng)裝置進(jìn)行沼氣發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，比較經(jīng)過預(yù)處理后的秸稈與未經(jīng)預(yù)處理的秸稈在混合產(chǎn)氣過程中產(chǎn)氣效果的差異。結(jié)果表明:秸稈經(jīng)過6％ NaOH預(yù)處理后的產(chǎn)氣效果要略好于對照組。秸稈

3、預(yù)處理后的發(fā)酵裝置啟動迅速，第二天就達(dá)到日產(chǎn)氣量高峰，峰值為600 mL，對照組日產(chǎn)氣量峰值為406 mL。預(yù)處理組甲烷含量最高可達(dá)65％，高于對照組的55％。
　　本文利用16S rRNA基因克隆文庫的方法，對秸稈藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵過程中不同產(chǎn)氣階段的細(xì)菌和古菌進(jìn)行多樣性研究。分別采集產(chǎn)氣初始期、產(chǎn)氣高峰期和產(chǎn)氣終止期的厭氧發(fā)酵液，利用16S rRNA基因克隆文庫的方法，分別構(gòu)建細(xì)菌和古菌的克隆文庫，共6個(gè)，對不同產(chǎn)氣階段的細(xì)菌和

4、古菌進(jìn)行分類，以此找出各階段的優(yōu)勢種群。主要結(jié)論有兩點(diǎn):
　　第一，秸稈藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)含有六個(gè)門的細(xì)菌，分別為:Firmicutes（厚壁菌門）、Proteobacteria（變形菌門）、Bacteroidetes（擬桿菌）、Chloroflexi（綠彎菌門）、Spirochaetes（螺旋體門）、Ignavibacteriae（綠菌門）。不同發(fā)酵過程的優(yōu)勢菌所屬門不同:產(chǎn)氣初始期細(xì)菌群中豐度最大的種群屬于變形菌門，占該階段

5、總細(xì)菌種群數(shù)目的30.6％，產(chǎn)氣高峰期細(xì)菌群中豐度最大的種群屬于擬桿菌門，占細(xì)菌種群數(shù)目的27.6％，產(chǎn)氣終止期細(xì)菌群中豐度最大的種群屬于變形菌門占細(xì)菌種群數(shù)目的24.4％。
　　第二，秸稈藍(lán)藻混合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中，古菌均屬于Euryarchaeota（廣古菌門），分別為Methanomicrobia（甲烷微菌綱）、Methanobacteria（甲烷桿菌綱）和Thermoplasmata（熱原體綱）。按屬可分為其中包括Methan

6、oregula、Methanobacterium（甲烷桿菌屬）、Methanosphaerula（甲烷微菌屬）、Methanosarcina（甲烷八疊球菌屬）、Methanosaeta（甲烷鬃菌屬）、Methanolinea（甲烷繩菌屬）、Methanomassiliicoccus（馬氏甲烷球菌科）與Methanospirillum（甲烷螺菌屬）、Methanobacteria（甲烷桿菌科）。其中，Methanoregula和甲烷八疊球