柳枝稷发酵产甲烷过程中纤维素降解机制及微生物多样性变化

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1、分类号：单位代码：密级学号：学位论文柳枝稷发酵产甲烷过程中纤维素降解机制及微生物多样性变化研究生高凤斧指导教师禾教授合作指导教师杨富裕教授申请学位门类级别农学博士专业名称草业科学研究方向牧草生产与利用所在学院动物科学技术学院分类号：单位代码：密级学号：学位论文柳枝稷发酵产甲烷过程中纤维素降解机制及微生物多样性变化研究生局凤斧指导教师周禾教授合作指导教师杨富裕教授申请学位门类级别农学博士专业名草业科学研究方牧草生产与利用所在学动物科学技术学院二零一五年六月ChinaAgriculturalUniversityPh.DDissertationCelluloseh

2、ydrolysismechanismandmicrobialdiversitychangeduringanaerobicdigestionofswitchgrassformethanePh.D.Candidate：：：独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中已经注明引用和致谢的内容外，论文中不包含本人和其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于学位论文使用

3、授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定。本人同意中国农业大学有权保存及向国家有关部门和机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人同意中国农业大学将本学位论文的全部或部分内容授权汇编录入《中国博士学位论文全文数据库》或《中国优秀硕士学位论文全文数据库》进行出版，并享受相关权益。保密的学位论文在解密后应遵守此协议）导师签名：时间：卞年月曰摘要研究纤维素高效降解和甲烷高效生成的微生物群落结构是解决木质纤维素利用率低和产气量低的关键问题。本试验以结实期和拔节期的柳枝稷为粗饲料分别进行饲喂试验，收集驯化后的瘤胃液开展体外发酵试验，

4、分析两种瘤胃发酵液在木质纤维素降解及甲烷生产方面的差别，并与传统沼液发酵过程生产性能进行对比，进一步通过高通量测序技术分析三种发酵液中微生物种群结构与多样性的差别，为揭示高效降解木质纤维素，提高甲烷产量的微生物群落结构的研究提供理论依据。试验一、瘤胃液与沼液厌氧发酵效果的对比研究。分别以高、低木质纤维素柳枝稷驯化瘤胃液和沼液为发酵接种物，柳枝稷为发酵底物，在°条件下发酵测定发酵过程中的产气量、气体成分、挥发性脂肪酸、值、铵态氮、可溶性糖以及底物和值。结果表明：累积产气量为低木质纤维素驯化瘤胃液（〉高木质纤维素驯化瘤胃液（沼液最高甲烷含量为沼液（低木质纤维素驯

5、化瘤胃液（高木质纤维素驯化瘤胃液（。最大固体分解量为低木质纤维素驯化瘤胃液（高木质纤维素驯化瘤胃液（〉沼液（，瘤胃液固体分解量显著高于沼液（。另外，三种发酵液均表现为半纤维素分解率高于纤维素分解率，瘤胃液的纤维素和半纤维素最大分解率都显著高于沼液（纤维素分解率为低木质纤维素驯化瘤胃液（高木质纤维素驯化瘤胃液（沼液半纤维素分解率为低木质纤维素驯化瘤胃液高木质纤维素驯化瘤胃液（〉沼液（。二种发酵液中均虽现乙酸〉丙酸〉丁酸，且瘤胃液乙酸最大浓度显著高于沼液（结果表明瘤胃液中乙酸很少被利用，出现酸累积现象，导致发酵后期的迅速降低至左右氨态氮浓度升高到，反应体系受到抑

6、制，发酵过程停止。沼液中的能够被很好的利用产生甲烷，使得稳定在左右，氨态氮浓度稳定在。两种驯化瘤胃液和沼液中的纤维素酶，半纤维素酶和果胶酶活性均为沼液低木质纤维素驯化瘤胃液高木质纤维素驯化瘤胃液。试验二、瘤胃液与沼液微生物多样性的对比研究。分别收集两种驯化瘤胃液和沼液样品，利用高通量技术进行基因组序列分析，探讨瘤宵液和沼液中细菌、真菌和古菌的多样性。结果表明：瘤胃液的细菌主耍分布在瘤胃球菌科（，理研菌科（，普雷沃氏菌科（毛螺旋菌科（禾丨丨而沼液中细菌群落含量大于的科仅有瘤胃球菌科和理研菌科。两种驯化瘤宵液的细菌群落的相似性很高，但瘤胃液与沼液细菌群落的相似性

7、极低，三者的细菌群落物种丰富度都较高。高、低木质纤维素驯化瘤胃液和沼液都主耍分布在，比例分别为、和，两种驯化瘤胄液的真齒群落物种多样性存在较大差别，瘤胃液和沼液间的真菌群落结构的相似性高于细菌和古菌。两种驯化瘤胃液古馆物种间多样性基本没冇差异，都含有很多未知古菌门和广古菌门的古菌类，含分别山到总古菌门的和沼液古菌数高于瘤肖液，集中分布在以卜儿个科———，甲院粒菌科甲焼丝状菌禾斗和—以上齒群未在瘤液中发现；瘤宵液与沼液古菌群落多样性差别很大，这可能是导致沼液中甲烷含量高于瘤胃液的原因。综上所述，两种驯化瘤胃液的细菌、真菌和古菌的物种多样性均高于沼液。瘤胃液球菌

8、科，理研菌科，普雷沃氏菌科和毛螺旋菌科细菌的增多可能