水稻土微生物燃料电池阳极微生物群落结构及对底物的差异响应

发布时间：2017-04-23 08:13

  本文关键词：水稻土微生物燃料电池阳极微生物群落结构及对底物的差异响应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：植物-微生物燃料电池(PMFC)是一种通过植物和微生物联合利用太阳能产电的新型燃料电池技术。近年来随着多个实验室的努力,PMFC技术有着快速的发展。通过植物-微生物燃料电池可以绿色、高效、可持续地将可再生的太阳能资源转化为电能,相对于传统能源和常见的新能源有着独特的优势。水稻土中的胞外电子传递过程已经被一系列微生物燃料电池研究所证明。但其中的微生物群落仍缺乏充分研究。在本试验中建立了一系列PMFC来测定阳极相关水稻土中的细菌和古菌群落结构。 初步试验表明,闭合电路的微生物燃料电池电流随着植物的生长而快速增长。作为对照,未种植植物的微生物燃料电池只产生了微小的电流。在闭合电路中甲烷产生量相对于不产电的断开电路处理也有相应的减少。使用包括454焦磷酸测序在内的多种分子学方法进行分析,发现上游的发酵细菌微生物群体并未显著地影响微生物燃料电池处理。然而,产电相关的Geobacteraceae丰度在种植水稻的微生物燃料电池中有明显增加。另外,互营菌(包括Syntrophaceae, Syntrohorhabdaceae, Syntrophobacteraceae和Syntrophomonadaceae)的丰度也有所增加。在种植水稻的开路处理中,相对于未种植水稻的对照处理, Geobacteraceae和这些互营菌的丰度也有一定量的增加。在产甲烷古菌当中,Methanosaetaceae在闭合电路中有着显著的增加。因此,除了胞外电子传递活跃的Gaobacteraceae之外,互营菌和产甲烷菌中的Methanosaetaceae在种植植物的MFCs中也得到了促进。 添加秸秆试验中发现秸秆的添加明显促进了植物-微生物燃料电池的产电效率,累积电流的结果增加了约30%。但不种植水稻的处理中,添加秸秆并未促进电流的增加。因此,秸秆加入对于水稻土微生物的作用是多重的,植物的存在也是水稻土微生物燃料电池高效率的必要条件。产电有明显的昼夜变化趋势,种植水稻的处理夜间产电量下降明显,不种水稻的处理夜间产电量下降较少。 本试验对水稻土微生物燃料电池这一新兴技术进行了初步研究。证明了水稻土中植物的生长能够显著促进电流的产生,并一定程度上减少了甲烷排放,本文对阳极区域水稻土微生物群落结构以及昼夜变化和底物的影响进行了分析,为今后这一领域的进一步科研打下了基础。
【关键词】：微生物燃料电池 产电 微生物群落结构 胞外电子传递
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X172;TM911.45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 缩写词表8-9
• 第一章 引言9-19
• 1.1 微生物燃料电池简介9-11
• 1.2 植物-微生物燃料电池的基本原理11-12
• 1.3 植物-微生物燃料电池研究进展12-17
• 1.4 研究目标和内容17-19
• 第二章 材料和方法19-28
• 2.1 材料19-21
• 2.2 方法21-28
• 第三章 水稻土微生物燃料电池产电效率及阳极微生物群落结构28-46
• 3.1 简述28
• 3.2 研究方案28-30
• 3.3 结果与讨论30-45
• 3.4 小结45-46
• 第四章 温度及昼夜变化对产电效率及微生物群落结构和活性的影响46-59
• 4.1 简述46
• 4.2 研究方案46-47
• 4.3 结果与讨论47-58
• 4.4 小结58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59
• 5.2 主要创新点59-60
• 5.3 展望60-61
• 参考文献61-71
• 致谢71-73
• 作者简历73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张广柱;刘均洪;;微生物燃料电池研究和应用方面的最新进展[J];化学工业与工程技术;2008年04期

2 许红星;;我国能源利用现状与对策[J];中外能源;2010年01期

3 张启明;铁文霞;尹斌;贺发云;朱兆良;;藻类在稻田生态系统中的作用及其对氨挥发损失的影响[J];土壤;2006年06期

  本文关键词：水稻土微生物燃料电池阳极微生物群落结构及对底物的差异响应，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：322090