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利用现代分子生物学手段阐明微生物群落结构和产氢效能之间的关系,确定反应器运行期间重要的功能菌群,实现高效产氢群落的定向构建与优化,将对生物制氢工业化进程有着重要的意义。前人利用现代分子生物学技术研究反应器的微生物群落时,绝大多数都是采用16S rDNA保守区域的基因引物进行研究。利用这种方法对产氢反应器群落研究时,通过对16S rDNA基因的分离鉴定推断出可能的产氢细菌,但是这种检测方法不具有针对性,同时误差较大,不能达到产氢细菌的准确检测,无法应用于大规模生物产氢反应器启动和调控,以及评估反应器的效能和预测产氢趋势。 针对目前发酵法生物制氢反应器微生物群落研究的不足,利用[Fe]-hydA功能基因分析产氢反应器微生物群落,解决了传统16S rDNA技术的缺陷,使得对产氢微生物群落的研究更具有针对性和准确性。结合 DGGE技术和克隆文库技术能在时间轴和生物统计学方面进行反应器微生物群落的全面评价,对实现发酵法生物制氢的工业化进程具有重要的意义和应用价值。 对比乙醇型,丁酸型以及接种污泥预处理后的丁酸型反应器的运行规律,分析数据表明,在启动负荷为7.0 kgCOD/m3·d、水力停留时间为6h、污泥接种量为6.5 gVSS/L、采取阶梯式负荷提升方式、pH值控制在最适 pH值的前提下进行反应器启动,反应器的启动效果较好。启动数据对比发现乙醇型发酵(A反应器)的最大产氢速率在20L/d,明显高于另外两个丁酸型(B和C反应器)的产氢速率。C反应器的接种污泥经过热处理,在缺乏竞争抑制作用的环境中,产氢菌属能迅速占据整个反应器的优势地位,形成稳定的生物群落。通过热处理污泥作为种泥能加快丁酸型反应器的启动。 基于[Fe]-hydA功能基因的PCR-DGGE技术从时间轴上,对三个反应器的含有产氢功能基因的菌群进行了评价和分析,发现反应器 A和C在启动0 d和7 d微生物群落的相似性比反应器B要高,反应器A和反应器B中28 d和40 d的微生物群落的相似性也要高于反应器C,只有C反应器的21 d和28 d相似性较高。克隆文库结果表明 A反应器占有优势的菌群为 E. harbinense菌群,B反应器内没有某个明显的优势菌属,C反应器优势菌属为 S. wolfei菌属,并且含有嗜热菌属C. thermocellum。 综合 DGGE技术和克隆文库文库技术对三个反应器进行了综合评价。通过系统发育树的构建,发现有不少序列为两者都能检出,这些序列为反应器中一直存在的菌属。有些菌属只在 DGGE条带中检出,这些菌属随着反应器运行逐渐被优势菌群替代而消失。而有些菌属只在文库中检出,则说明 DGGE技术本由于自身的缺陷,在实验过程中导致了信息的流失。为了更准确地评价反应器的微生物群落结构,必须结合 DGGE技术和克隆文库技术进行全面分析。