细菌纤维素对低温条件下提高甲烷产量影响机制探索

Point to the promoting bacteria - Acetobacter pasteurianus which improve methane yield and cellulose content under low-temperature methane fermentation, combination of climatic characteristics in Xinjiang and methane fermentation characteristics，the mechanism of action between Acetobacter pasteurianus, bacterial cellulose and methanogens is to be studied. The study will focus the relationship between bacteria biomass, cellulose quantity produced by bacteria and methane yield changes under the low-temperature conditions and different metabolic stages, dynamic monitoring of microbial flora diversity in low temperature biogas fermentation under the conditions of adding bacterial by molecular ecological methods (PCR-DGGE, T-RFLP, Real-time quantitative PCR technology，etc.) and BIOLOG microplate technique, analysis of difference of microbial activity and metabolic function, exploration of synergy mechanism between bacterial cellulose producing bacteria and methanogens. The study will provide theoretical references for efficient and controllable biogas fermentation in cold north areas.

针对低温沼气发酵促进菌-巴氏德醋杆菌（Acetobacter pasteurianus）在提高甲烷产量的同时，沼气发酵残渣纤维素含量也相应大幅增加的现象，结合新疆气候特点及沼气发酵特性，对巴氏德醋杆菌、细菌纤维素与甲烷菌之间的作用机理进行研究。本项目研究在低温条件下，监测沼气反应瓶在不同代谢阶段细菌纤维素含量及其产生菌数量变化与甲烷产量的相关性；同时，应用分子生态学技术（PCR-DGGE、T-RFLP、实时荧光定量PCR技术等）及BIOLOG微平板技术，对添加巴氏德醋杆菌条件下的低温沼气微生物菌群多样性、活性及代谢功能进行动态监测分析；探索细菌纤维素及其产生菌与甲烷菌协同作用机制。为在冬季气候条件下，实现我国北方寒冷地区农村户用沼气发酵的高效、可控运行奠定理论基础。

针对低温沼气发酵促进菌-巴氏德醋杆菌（Acetobacter pasteurianus）在提高甲烷产量的同时，沼气发酵残渣纤维素含量也相应大幅增加的现象，结合新疆气候特点及沼气发酵特性，对运行良好添加巴氏德醋杆菌（Acetobacter pasteurianus）的牛粪、羊粪及秸秆等原料处理的低温沼气反应器进行采样并进行原料成份及纤维素含量检测分析，建立样品微生物宏基因组DNA提取及纯化方法，利用分子生态学技术（T-A克隆技术、PCR-DGGE、实时荧光定量PCR技术及Hiseq2500高通量测序等）及BIOLOG微平板技术，结合其产气量的变化，对添加巴氏德醋杆菌（Acetobacter pastcurianum）等条件下的低温沼气细菌、真菌及古菌群多样性及活性进行动态监测分析，综合分析菌群变化同产气量变化的相关性。研究结果初步证实了添加巴氏德醋杆菌（Acetobacter pastcurianum）同产甲烷菌群变化及甲烷产量变化的相关性。处理样本产气量均有所提高，相关菌群也发生了一定的变化，其中细菌以Clostridium菌和产氢菌（Enterococcus sp.）数量表现有增加趋势，古菌主要以小甲烷粒菌（Methanocorpusculum parvum）为主，还有Methanoculleus sp.和Methanomassiliicoccus sp.，真菌没有规律的表现。相关研究可为在冬季气候条件下，实现我国北方寒冷地区农村户用沼气发酵的高效、可控运行奠定理论基础。已撰写论文9篇、获得发明专利2项、培养研究生2名，相关研究成果已进行了一定规模的应用试验，获得了较好的结果。