發(fā)布時(shí)間：2017-09-04 16:05

  本文關(guān)鍵詞：柳枝稷發(fā)酵產(chǎn)甲烷過(guò)程中纖維素降解機(jī)制及微生物多樣性變化

  更多相關(guān)文章： 瘤胃液 沼液 木質(zhì)纖維素 甲烷 微生物多樣性

【摘要】：研究纖維素高效降解和甲烷高效生成的微生物群落結(jié)構(gòu)是解決木質(zhì)纖維素利用率低和產(chǎn)氣量低的關(guān)鍵問(wèn)題。本試驗(yàn)以結(jié)實(shí)期和拔節(jié)期的柳枝稷為粗飼料分別進(jìn)行飼喂試驗(yàn),收集馴化后的瘤胃液開展體外發(fā)酵試驗(yàn),分析兩種瘤胃發(fā)酵液在木質(zhì)纖維素降解及甲烷生產(chǎn)方面的差別,并與傳統(tǒng)沼液發(fā)酵過(guò)程生產(chǎn)性能進(jìn)行對(duì)比,進(jìn)一步通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)分析三種發(fā)酵液中微生物種群結(jié)構(gòu)與多樣性的差別,為揭示高效降解木質(zhì)纖維素,提高甲烷產(chǎn)量的微生物群落結(jié)構(gòu)的研究提供理論依據(jù)。 試驗(yàn)一、瘤胃液與沼液厭氧發(fā)酵效果的對(duì)比研究。分別以高、低木質(zhì)纖維素柳枝稷馴化瘤胃液和沼液為發(fā)酵接種物,柳枝稷為發(fā)酵底物,在37℃條件下發(fā)酵72h；測(cè)定發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)氣量、氣體成分、揮發(fā)性脂肪酸、pH值、銨態(tài)氮、可溶性糖以及底物NDF和ADF值。結(jié)果表明：累積產(chǎn)氣量為低木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(265ml)高木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(157ml)沼液(120ml)。最高甲烷含量為沼液(33.76%)低木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(27.36%)高木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(24.05%)。最大固體分解量為低本質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(29.00%)高木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(28.71%)沼液(21.39%),瘤胃液固體分解量顯著高于沼液(P0.05)。另外,三種發(fā)酵液均表現(xiàn)為半纖維素分解率高于纖維素分解率,瘤胃液的纖維素和半纖維素最大分解率都顯著高于沼液(P0.05)；纖維素分解率為低木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(36.89%)高木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(32.32%)沼液(13.47%)；半纖維素分解率為低木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(34.86%)高木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液(33.60%)沼液(26.39%)。三種發(fā)酵液中VFA均呈現(xiàn)乙酸丙酸丁酸,且瘤胃液乙酸最大濃度顯著高于沼液(P0.05),結(jié)果表明瘤胃液中乙酸很少被利用,出現(xiàn)酸累積現(xiàn)象,導(dǎo)致發(fā)酵后期的pH迅速降低至5.5左右,氨態(tài)氮濃度升高到2.3g/l,反應(yīng)體系受到抑制,發(fā)酵過(guò)程停止。沼液中的VFA能夠被很好的利用產(chǎn)生甲烷,使得pH穩(wěn)定在6.6左右,氨態(tài)氮濃度穩(wěn)定在1.8g/l。兩種馴化瘤胃液和沼液中的纖維素酶,半纖維素酶和果膠酶活性均為沼液低木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液高木質(zhì)纖維素馴化瘤胃液。 試驗(yàn)二、瘤胃液與沼液微生物多樣性的對(duì)比研究。分別收集兩種馴化瘤胃液和沼液樣品,利用高通量技術(shù)進(jìn)行基因組DNA序列分析,探討瘤胃液和沼液中細(xì)菌、真菌和古菌的多樣性。結(jié)果表明：瘤胃液的細(xì)菌主要分布在瘤胃球菌科(Ruminococcaceae),理研菌科(Rikenellaceae)，普雷沃氏菌科(Prevotellaceae),毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)和BSll_gut_group,而沼液中細(xì)菌群落含量大于8%的科僅有瘤胃球菌科和理研菌科。兩種馴化瘤胃液的細(xì)菌群落的相似性很高,但瘤胃液與沼液細(xì)菌群落的相似性極低,三者的細(xì)菌群落物種豐富度都較高。高、低小質(zhì)纖維素馴化瘤胃液和沼液真菌都主要分布在Neocallimastigaceae,比例分別為48.36%、78.06%和67.15%,兩種馴化瘤胃液的真菌群落物種多樣性存在較大差別,瘤胃液和沼液間的真菌群落結(jié)構(gòu)的相似性高于細(xì)菌和占菌。兩種馴化瘤胃液古菌物種間多樣性基本沒(méi)有差異,都含有很多未知古菌門和廣古菌門的古菌類,含量分別占到總古菌門的90.96%和86.99%。沼液古菌數(shù)量高于：瘤胃液,集中分布在以下幾個(gè)科Miscellaneous_Crenarchaeotic_Group_norank,甲烷粒菌科(Methanocorpusculaceae), Deep_Sea_Euryarchaeotic_Group,甲烷絲狀菌科(Methanosaetaceae)和Deep_Sea_Hydrothermal_Vent_Gp_6,以上菌群未在瘤胃液中發(fā)現(xiàn)；瘤胃液與沼液古菌群落多樣性差別很大,這可能是導(dǎo)致沼液中甲烷含量高于瘤胃液的原因。 綜上所述,兩種馴化瘤胃液的細(xì)菌、真菌和古菌的物種多樣性均高于沼液。瘤胃液球菌科,理研菌科,普雷沃氏菌科和毛螺旋菌科細(xì)菌的增多可能有利于纖維素降解；瘤胃液球菌科和Neocallimastigaceae微生物種類和數(shù)量增加對(duì)纖維素降解起主要作用；Miscellaneous_Crenarchaeotic_Group_norank,甲烷粒菌科和甲烷絲狀菌科的古菌種類及數(shù)量的增多有利于甲烷的生成。低木質(zhì)纖維素柳枝稷馴化瘤胃液微生物群落對(duì)木質(zhì)纖維素的利用率最高,沼液微生物群落產(chǎn)甲烷的能力最強(qiáng)。
【關(guān)鍵詞】：瘤胃液 沼液 木質(zhì)纖維素 甲烷 微生物多樣性
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S816
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 縮略詞表11-12
• 第一章 緒論12-27
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 沼氣的研究與發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 甲烷、沼氣與生物天然氣內(nèi)涵13
• 1.2.2 沼氣的地位及發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 草類能源植物研究與發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 概念14
• 1.3.2 特征14
• 1.3.3 木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)與降解14-15
• 1.3.4 能源植物柳枝稷的研究與發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.4 降解纖維素和產(chǎn)甲烷的微生物研究進(jìn)展17-20
• 1.4.1 細(xì)菌17-18
• 1.4.2 真菌18
• 1.4.3 甲烷菌18-19
• 1.4.4 瘤胃微生物應(yīng)用于甲烷生產(chǎn)的研究19-20
• 1.5 瘤胃液體外厭氧發(fā)酵方法的研究20
• 1.6 木質(zhì)纖維素產(chǎn)甲烷的發(fā)酵機(jī)理研究20-22
• 1.7 分子生物學(xué)技術(shù)在微生物多樣性研究中的應(yīng)用22-25
• 1.7.1 宏基因組學(xué)概念23
• 1.7.2 高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展23-24
• 1.7.3 Illumina MiSeq測(cè)序原理24
• 1.7.4 MiSeq技術(shù)在微生物多樣性分析中的應(yīng)用24-25
• 1.8 研究目的、研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案25-27
• 1.8.1 研究目的25
• 1.8.2 研究目標(biāo)25
• 1.8.3 研究?jī)?nèi)容25-26
• 1.8.4 技術(shù)路線26-27
• 第二章 瘤胃液與沼液厭氧發(fā)酵效果的對(duì)比研究27-56
• 2.1 前言27
• 2.2 材料與方法27-34
• 2.2.1 試驗(yàn)材料27-28
• 2.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法28-29
• 2.2.3 測(cè)定指標(biāo)及分析方法29-33
• 2.2.4 統(tǒng)計(jì)分析33-34
• 2.3 結(jié)果與分析34-53
• 2.3.1 三種發(fā)酵液對(duì)產(chǎn)氣率和累積產(chǎn)氣量的影響34-35
• 2.3.2 三種發(fā)酵液對(duì)氣體成分的影響35-37
• 2.3.3 三種發(fā)酵液對(duì)固體分解量和分解率的影響37-39
• 2.3.4 三種發(fā)酵液對(duì)木質(zhì)纖維素成分及灰分的影響39-42
• 2.3.5 三種發(fā)酵液對(duì)纖維素和半纖維素分解率的影響42-45
• 2.3.6 三種發(fā)酵液對(duì)揮發(fā)性脂肪酸的影響45-48
• 2.3.7 三種發(fā)酵液對(duì)總酸和pH的影響48-50
• 2.3.8 三種發(fā)酵液對(duì)可溶性糖和氨態(tài)氮的影響50-51
• 2.3.9 三種發(fā)酵液對(duì)酶活性的影響51-53
• 2.4 討論53-55
• 2.5 小結(jié)55-56
• 第三章 瘤胃液與沼液微生物多樣性的對(duì)比研究56-88
• 3.1 前言56
• 3.2 材料與方法56-60
• 3.2.1 兩種馴化瘤胃液和沼液基因組DNA提取57-60
• 3.2.2 分析項(xiàng)目60
• 3.3 結(jié)果與分析60-86
• 3.3.1 細(xì)菌群落多樣性的研究60-70
• 3.3.2 真菌群落多樣性的研究70-78
• 3.3.3 古菌群落多樣性的研究78-86
• 3.4 討論86-87
• 3.5 小結(jié)87-88
• 第四章 結(jié)論與展望88-89
• 4.1 結(jié)論88
• 4.2 創(chuàng)新點(diǎn)88
• 4.3 有待于進(jìn)一步研究的問(wèn)題88-89
• 參考文獻(xiàn)89-98
• 致謝98-99
• 個(gè)人簡(jiǎn)介99

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 吳斌;胡勇;馬璐;李立家;;柳枝稷的生物學(xué)研究現(xiàn)狀及其生物能源轉(zhuǎn)化前景[J];氨基酸和生物資源;2007年02期

2 程序;;能源牧草堪當(dāng)未來(lái)生物能源之大任[J];草業(yè)學(xué)報(bào);2008年03期

3 周烈;周燕;安培培;劉建新;;瘤胃厭氧真菌纖維素酶的研究與開發(fā)進(jìn)展[J];動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào);2010年03期

4 程序;鄭恒受;梁近光;朱萬(wàn)斌;崔宗均;;開發(fā)產(chǎn)業(yè)沼氣 實(shí)現(xiàn)生物天然氣對(duì)天然氣的替代——有機(jī)廢棄物厭氧處理從“環(huán)保主導(dǎo)”向“能源-環(huán)保雙贏”的轉(zhuǎn)型[J];中國(guó)工程科學(xué);2011年02期

5 劉開朗;王加啟;卜登攀;;2008-2009年反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展 Ⅰ.瘤胃微生物多樣性與功能[J];中國(guó)畜牧獸醫(yī);2010年02期

6 ;Application of next-generation sequencing in clinical oncology to advance personalized treatment of cancer[J];癌癥;2012年10期

7 陳英歌;;能源植物資源研究進(jìn)展[J];河北林業(yè)科技;2006年05期

8 成喜雨;莊國(guó)強(qiáng);蘇志國(guó);劉春朝;;沼氣發(fā)酵過(guò)程研究進(jìn)展[J];過(guò)程工程學(xué)報(bào);2008年03期

9 劉園園;張卉;王士長(zhǎng);;反芻動(dòng)物瘤胃產(chǎn)甲烷古菌的生物學(xué)研究[J];家畜生態(tài)學(xué)報(bào);2010年03期

10 程序;朱萬(wàn)斌;崔宗均;;歐盟沼氣產(chǎn)業(yè)的新資源——能源作物[J];可再生能源;2011年05期

，

本文編號(hào)：792487