[发明专利]一种沼气发酵系统运行稳定性的判别方法及其应用

说明书

本发明涉及一种沼气发酵系统运行稳定性的判别方法及其应用，通过测定沼气发酵系统中厚壁菌门和拟杆菌门两个菌群丰度之比，判定沼气发酵系统的运行状态。本发明利用微生物学方法来判定沼气发酵系统稳定性，该方法可以作为其他常规检测指标的有益补充，保证和促进反应器系统的稳定和高效运行。

技术领域

本发明属于微生物发酵技术领域，具体涉及一种沼气发酵系统运行稳定性的判别方法。

背景技术

近年来，严重的能源危机和环境污染，使生物质能源——沼气生产技术成为世界各国研究热点。沼气发酵是一个由多种微生物联合，交替作用的复杂生化过程，但是人们对沼气发酵微生物，尤其是厌氧微生物的生理生化特性及代谢特点的认识程度和驾驭能力极其有限。及时、深入了解厌氧反应过程中微生物菌群的结构、功能及动态变化是优化和稳定厌氧发酵系统的前提和必要条件。

目前，在沼气生产中，普遍是将沼气产量、气体组成、pH、碱度、挥发性有机酸（VFAs）等作为控制系统中的监测参数，还不能直接在线检测微生物的生长、菌群组成和群落动态变化等信息，因此，急需采用现代生物学技术开展对厌氧发酵过程中微生物多样性变化和动态研究，了解微生物群落构成与工艺参数之间的关系。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用微生物学方法来判定沼气发酵系统运行稳定性及其应用，该方法可以作为其他常规检测指标的有益补充，保证和促进反应器系统的稳定和高效运行。

本发明采用如下技术方案：

一种沼气发酵系统运行稳定性的判别方法，通过测定沼气发酵系统中厚壁菌门和拟杆菌门两个菌群丰度之比，判定沼气发酵系统的运行状态。

进一步的，所述沼气发酵系统为全混式半连续发酵系统。

进一步的，所述沼气发酵系统中厚壁菌门和拟杆菌门微生物菌群丰度采用基于分子生物学的高通量测序技术获得。

进一步的，当厚壁菌门和拟杆菌门两个菌群丰度之比≥1.0时，系统运行稳定。

进一步的，当厚壁菌门和拟杆菌门两个菌群丰度之比为1.0~0.8时，系统处于临界范围，运行趋于不稳定，有酸化趋势。

进一步的，当厚壁菌门和拟杆菌门两个菌群丰度之比≤0.8时，系统运行不稳定或超负荷运行。

进一步的，其具体包括如下步骤：

（1）样品采集：沼气发酵过程中采集发酵液，离心去上清液，得到待测样品；

（2）基因组DNA提取：采用DNA提取试剂盒对样本的基因组DNA进行提取，之后利用琼脂糖凝胶电泳和Nanodrop检测 DNA的纯度和浓度。取DNA于EP管中，使用无菌水稀释至10ng/μL，得到稀释后的基因组 DNA；

（3）PCR扩增：以稀释后的基因组 DNA 为模板，使用带 Barcode 的特异引物进行PCR扩增；

（4）PCR产物纯化和定量：根据PCR产物浓度进行等量混样，充分混匀后使用1 %的琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物，对目的条带进行回收，并用Nanodrop进行浓度和质量的测定；

（5）文库构建和上机测序：使用建库试剂盒进行文库构建，使用测序试剂盒和测序仪进行上机测序；

（6）生物信息学分析：包括测序数据处理、OTU聚类和16S rRNA多样性分析；

（7）计算厚壁菌门和拟杆菌门两个菌群丰度之比，即厚壁菌门OTU数量与拟杆菌门OTU数量之比，判定沼气发酵系统的运行状态。

进一步的，所述步骤（3）中，所述引物对如SEQID No.1和SEQID No.2，或如SEQIDNo.1和SEQID No.3所示。