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学号: 2009118011 单位代码:10759
石河子大学
硕士学位论文
低温产甲烷菌分离鉴定及发酵产气初步研究
学位申请人张硕
指导教师鲁建江副教授
申请学位门类级别工学硕士
学科、专业名称生物化工
研究方向废弃物资源化利用及过程控制
所在学院化学化工学院
中国·新疆·石河子
2012 年 6 月
Isolation and identification of amphipsychrophilic methanogen and
preliminary study of the anaerobic fermentation
A Dissertation Submitted to
Shihezi University
In Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of
Master of Engineering
By
Zhang Shuo
(Biochemical engineering)
Dissertation Supervisor:Prof. Lu Jian-Jiang
June,2012
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学位论文独创性声明
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研究生签名: 时间: 年月日
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研究生签名: 时间: 年月日
导师签名: 时间: 年月日
低温产甲烷菌分离鉴定及发酵产气初步研究
摘要
新疆生物质资源丰富但冬季气温低,致使沼气池发酵产气量下降,有时甚至停止产气不能满足
人们对于稳定供气的需要,沼气工程大规模推广也受到限制。厌氧发酵核心是产甲烷菌分解小分子
底物产甲烷过程。因此使用厌氧分离技术从各种极端环境分离筛选获得耐低温兼性嗜冷产甲烷菌种,
扩大培养后投入到低温沼气池是改善低温厌氧发酵的一种重要途径。研究菌株生长特性和其生物学
特征,并结合系统发育分析确定产甲烷所属种属。
研究结果如下:通过从耐低温沼气池和湖底采集污泥样品,厌氧条件下分离获得两株产甲烷菌
菌株 SZ-1 和 SZ-2,荧光相差显微镜观察都为不含杂菌纯产甲烷菌菌株。后经耐低温和常温发酵实
验筛选,SZ-2 菌株符合兼性耐低温且常温也能良好产气要求。通过对 SZ-2 菌株显微观察,菌株呈
八叠球状,菌体聚集形成假胞体,不规则裂殖。SZ-2 菌株接种到固体培养基中 15 ℃厌氧低温恒温
培养 10 天长出菌落,菌落呈黄色,不规则,且边缘整齐。
生理特征研究:菌株 15~30 ℃范围内产气效果良好,25 ℃为 SZ-2 菌株最适生长温度;初始发
酵液环境 pH 值为 6 时最适宜 SZ-2 菌株生长产气量最大,SZ-2 菌株生长的氯化钠浓度范围为 0~
mol/L, mol/L 时产气量最大。SZ-2 菌株能够利用 H2/CO2、甲醇、甲胺、二甲胺、三甲胺作为单一
碳源底物进行厌氧发酵代谢产生甲烷;不能耐受链霉素和卡那霉素。
SZ-2 菌株厌氧条件产甲烷菌保藏实验表明:SZ-2 进行短期保存时,温度控制在低温零度且添加
足够营养厌氧保存最长时间 2 个月后菌种复活仍有活力。SZ-2 菌株长期保藏,采用改进厌氧甘油低
温冷冻保藏法,SZ-2 菌株保藏 6~8 月时就应进行传代。
通过对 SZ-2 菌株 16S rDNA 进行扩增后连接质粒,送交测序;经过同源比对和系统发育分析确
定 SZ-2 菌株属于甲烷八叠球菌属菌株(Methanosarcina),并与巴氏甲烷八碟球菌种菌株亲缘关系较
近。结合菌株形态学、结构特征、生理生化特性,SZ-2 菌株为一株耐低温驯化后的兼性嗜冷巴氏甲
烷八叠球菌。
SZ-2 菌株扩大培养后投入到模拟发酵瓶装置中,厌氧发酵秸秆和牛粪混合物,发酵产气量和