發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 15:56

【摘要】：煤礦瓦斯是制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。瓦斯的生物治理是利用甲烷氧化菌將煤礦瓦斯消解的新方法。本文從淮南張集煤礦的礦井水中富集篩選出甲烷氧化菌,研究其群落組成并從中分離純化出甲烷氧化菌株,研究了不同培養(yǎng)條件對甲烷氧化菌在煤表面的吸附影響,菌株在煤表面的吸附規(guī)律以及吸附后煤的表面性質(zhì)變化,得到主要結(jié)論如下:(1)富集得到的甲烷氧化菌混合菌群在門水平以變形菌門為主,占93.44%;在屬水平上以甲烷氧化菌為主,占75.85%。采用平板分離法從混合菌群中分離得到甲烷氧化菌株HNM1,16S rDNA測序比對表明該菌為為嗜甲基菌屬M(fèi)ethylophilus,該菌為短桿狀,直徑為0.5-1μm,長度2μm左右,以甲烷作為能源底物生長時(shí)6 d內(nèi)甲烷氧化率達(dá)到85.26%。(2)通過Plackett-Burman設(shè)計(jì)篩選出影響甲烷氧化菌HNM1與煤之間接觸角的主要培養(yǎng)基成分因素,結(jié)果表明硫酸鎂、氯化銨和氯化鈣是主要的影響因素。然后通過Box-Behnken試驗(yàn)對三個(gè)因素優(yōu)化并進(jìn)行回歸分析,發(fā)現(xiàn)三個(gè)因素對接觸角影響的顯著程度為氯化銨硫酸鎂氯化鈣,通過對回歸方程求解的到最優(yōu)培養(yǎng)基組成為硫酸鎂添加量0.15 g/L,氯化銨添加量0.31 g/L,氯化鈣添加量為0.15g/L,理論最優(yōu)條件下接觸角為89.166°,驗(yàn)證試驗(yàn)實(shí)測為89.326°。(3)甲烷氧化菌HNM1可以快速吸附到煤表面,6 min達(dá)到吸附平衡,吸附率為44.65%。當(dāng)pH值在5.5-7.0時(shí),吸附率逐漸下降但趨勢不大,pH值超過7.0后,吸附率下降較快;在24-36℃之間,溫度變化對甲烷氧化菌的吸附率變化影響不大。(4)甲烷氧化菌在煤表面的吸附可以明顯改變煤的接觸角,煤的接觸角從64.6°升高到87.72°。菌株在煤表面的吸附不會改變煤的組成結(jié)構(gòu),吸附處理后煤的飽和吸附容量從24.588 mL/g降到21.824 mL/g,吸附常數(shù)從1.02 MPa~(-1)升高到1.15 MPa~(-1),這種變化更有利與煤中甲烷的解吸附,說明甲烷氧化菌對煤的表面改性也是煤層瓦斯生物降解的有效促進(jìn)途徑。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD712
【圖文】：

甲烷氧化菌的存在[49, 66, 82-85]。由于生長環(huán)境的不同，研究人員從不同環(huán)境中得到不同種群的甲烷氧化菌[1, 20, 86-88]。目前對甲烷氧化菌的研究也有多個(gè)方以甲烷氧化菌進(jìn)行高價(jià)值附加產(chǎn)物的合成，通過對甲烷氧化菌來研究地球環(huán)碳循環(huán)過程等[65, 86, 89-92]。鄭燕[64]在研究土壤中甲烷氧化菌時(shí)利用新一代高測序技術(shù)和穩(wěn)定性同位素示蹤微生物核酸 DNA/RNA 技術(shù)揭示了土壤中甲化菌氧化甲烷時(shí)的生理生態(tài)過程。本章首先從煤礦煤層水中富集得到甲烷氧化菌混合菌群，并通過高通量測到該混合菌群的群落結(jié)構(gòu)。通過傳統(tǒng)方法從混合菌群中分離得到一株氧化甲能較好的甲烷氧化菌單菌株，對其進(jìn)行基因測序確定該甲烷氧化菌種屬，并菌株的生理生化性質(zhì)進(jìn)行了檢驗(yàn)，對該菌的進(jìn)一步研究獲得了良好的基礎(chǔ)。2.1 材料和方法（Materials and Method）.1.1 實(shí)驗(yàn)材料（1）甲烷氧化菌混合菌群從淮南張集煤礦中取回新鮮煤層水樣品用于甲烷氧化菌混合菌群富集。

圖 2-3 甲烷氧化菌在門（a）和屬（b）水平上分布Figure 2-3 Distribution of methane oxidizing bacteria at phylum (a) and genus (b) level由圖 2-3b 可得該菌群群落在屬水平上的分布，其中嗜甲基菌科 Methylophilaceae 占 40.07%，是群落中的優(yōu)勢菌群；其次為甲基單胞菌屬 Methylomonas 占 27.95%，還含有數(shù)量較少的甲烷氧化菌，如甲基孢囊菌屬 Methylocystaceae (6.75%)，Methyloversatilis (1.04%)，Methylotenera (0.04%)，甲烷氧化菌共占群落組成的 75.85%；群落中其他菌群的分布為：假單胞菌 Pseudomonadales (4.73%),假黃單胞菌屬 Pseudoxanthomonas(3.35%), 沉積小桿菌屬 Sediminibacterium (1.55%), 金小桿菌屬 Chryseobacterium (2.8%), Ferrovibrio (5.51%), 生絲微菌屬 Hyphomicrobium (1.17%)。由此可得該甲烷氧化混合菌群中甲烷氧化菌占優(yōu)勢，適合從中分離出甲烷氧化菌純菌株。2.2.2 甲烷氧化菌的分離純化及形態(tài)觀察通過平板涂布和劃線法從甲烷氧化菌混合菌群中分離得到甲烷氧化菌菌株HNM1。將甲烷氧化菌 HNM1 劃線接種在固體平板上，長出菌落后進(jìn)行觀察。

圖 2-3 甲烷氧化菌在門（a）和屬（b）水平上分布re 2-3 Distribution of methane oxidizing bacteria at phylum (a) and genus (b 2-3b 可得該菌群群落在屬水平上的分布，其中嗜甲基菌科 M 40.07%，是群落中的優(yōu)勢菌群；其次為甲基單胞菌屬 Methylo還含有數(shù)量較少的甲烷氧化菌，如甲基孢囊菌屬 Methylocysthyloversatilis (1.04%)，Methylotenera (0.04%)，甲烷氧化菌共85%；群落中其他菌群的分布為：假單胞菌 Pseudomonadales菌屬 Pseudoxanthomonas(3.35%), 沉積小桿菌屬 Sediminibact桿菌屬 Chryseobacterium (2.8%), Ferrovibrio (5.51%), 生絲bium (1.17%)。由此可得該甲烷氧化混合菌群中甲烷氧化菌占離出甲烷氧化菌純菌株。烷氧化菌的分離純化及形態(tài)觀察平板涂布和劃線法從甲烷氧化菌混合菌群中分離得到甲烷氧將甲烷氧化菌 HNM1 劃線接種在固體平板上，長出菌落后進(jìn)

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