棉稈沼氣發(fā)酵過程優(yōu)化及微生物群落分子多樣性研究.pdf

1、我國棉稈資源豐富，利用棉稈發(fā)酵制取沼氣是有效利用棉稈資源的途徑之一。由于棉稈具有不同于軟莖秸稈的特殊特征，是一種木質(zhì)化程度高、韌皮纖維豐富的硬秸稈，因此有必要研究棉稈的沼氣發(fā)酵潛力及發(fā)酵過程。為此，本文開展了如下系列研究，其研究結(jié)果為提高棉稈沼氣發(fā)酵效率奠定了一定的理論基礎(chǔ)，并可為棉稈沼氣發(fā)酵的實(shí)際推廣應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。 （1）進(jìn)行了棉稈沼氣發(fā)酵接種物的馴化篩選，建立了接種物馴化方法，認(rèn)為用棉稈粉和砂粒馴化的河底泥是較好的接種物

2、，適于棉稈的沼氣發(fā)酵。 （2）以棉稈為原料，在中溫（35±2）℃條件下研究了棉稈的沼氣發(fā)酵潛力及發(fā)酵過程中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的降解特征，結(jié)果表明，在250 ml三角瓶中發(fā)酵53 d，棉稈的沼氣發(fā)酵潛力為202 ml/g·TS；發(fā)酵過程中，纖維素和半纖維素的降解率分別為12.4％和21.0％，木質(zhì)素基本沒有降解。同時(shí)，在常溫（28±2）℃條件下比較了棉稈、麥稈、稻稈和玉米稈等不同秸桿原料的沼氣發(fā)酵產(chǎn)氣量，結(jié)果表明棉稈的沼氣發(fā)

3、酵潛力低于其它秸桿原料。盡管如此，棉稈蘊(yùn)藏著豐富的可開發(fā)的生物質(zhì)潛能。 （3）在中溫條件下，在250 ml三角瓶中通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了棉稈沼氣發(fā)酵的工藝條件，獲得的最佳工藝條件是：接種物為30％，TS為7％，碳氮比為30:1，起始pH為7.0。同時(shí)，在優(yōu)化的工藝條件下，在1 L三角瓶中進(jìn)行了棉稈沼氣發(fā)酵的過程研究，結(jié)果表明，蛋白酶、糖化酶、液化酶和纖維素酶活性的峰值及揮發(fā)性有機(jī)酸含量的峰值正好處于沼氣產(chǎn)氣量峰值期間，說明上述各種酶

4、及揮發(fā)性有機(jī)酸與沼氣發(fā)酵效率密切相關(guān)。 （4）建立了一種適合于從不同發(fā)酵階段的沼液中提取可直接進(jìn)行PCR擴(kuò)增的微生物總DNA的有效方法，即采用脫腐緩沖液、溶菌酶、SDS、KAC和酚/氯仿、異丙醇、乙醇提取總DNA的方法。 （5）建立了利用DGGE技術(shù)研究棉稈沼氣發(fā)酵過程中微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的方法。在不同發(fā)酵階段提取微生物總DNA，對(duì)其16S rDNA V3區(qū)進(jìn)行擴(kuò)增并通過DGGE分析不同發(fā)酵階段細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)果