添加不同甲烷抑制剂对绵羊瘤胃发酵指标及甲烷产量的影响

为探究不同甲烷抑制剂对绵羊瘤胃发酵指标及甲烷产量的影响,试验选取16只体况良好,体重相近(28±1.0 kg)安装永久性瘤胃瘘管的绵羊,随机分为4组,对照组饲喂基础日粮,试验组A、B、C组分别在基础日粮中添加延胡索酸40 mg·kg^(-1)、蒽醌20 mg·kg^(-1)和大蒜素300 mg·kg^(-1)。试验结果表明:与对照组相比,日粮中添加甲烷抑制剂对绵羊饲喂后9 h内瘤胃p H值没有显著影响(P>0.05),显著升高了大蒜素组12 h的p H值(P<0.05);添加不同甲烷抑制剂对瘤胃内氨态氮、BCP浓度具有显著影响,其中显著提高了大蒜素组的瘤胃氨氮浓度(P<0.05)和菌体蛋白的含量(P<0.05);添加三种不同甲烷抑制剂显著降低了瘤胃内甲烷产量,添加大蒜素6 h后有最为明显的效果,降低幅度最高为38.28%(P<0.05)。

甲烷抑制剂的研究进展

本文阐述了反刍动物瘤胃甲烷生成的机制及反刍动物瘤胃甲烷生成量的估计,并且阐明了瘤胃甲烷抑制剂的种类和作用机理,最后对降低甲烷生成的前景作了展望。

瘤胃甲烷抑制剂研究进展

反刍动物瘤胃的甲烷排放对环境的变化起到了至关重要的作用,同时就饲料利用率而言,也是一种能量损失,因此,采取必要的措施来解决瘤胃甲烷气体释放量这一问题已经迫在眉睫。主要就甲烷抑制剂对降低瘤胃甲烷排放量进行了归纳。

pH值和产甲烷抑制剂对两相耦合系统污泥发酵定向产乙酸的影响

采用产氢产乙酸/同型产乙酸两相耦合工艺对剩余污泥进行了半连续式厌氧发酵,主要研究了pH值和产甲烷抑制剂2-bromoethanesulphonate(BES)对耦合系统定向产乙酸的影响。结果表明:碱性pH(pH=10.0)和添加BES都能促进A相乙酸的积累,提高乙酸的产率,同时碱性pH比添加BES更有利于污泥的水解。当两种调控方法结合使用时,污泥的水解效率,A相乙酸和TVFA产率都达到最大值,分别为:63.11%、0.27 g/gVS、0.40 g/gVS;碱性pH和添加BES都非常有效的抑制了甲烷的生产。碱性pH有利于氢气生产(最高达16.96 mL/gVS),但是抑制了二氧化碳生产和释放,对H相乙酸的积累非常不利。因此当两种调控方法结合使用时,H相乙酸对整个系统的贡献率仅为7.5%,比中性条件下低的多(最高达31.7%),但是中性条件下整个系统乙酸日产量(0.99 g/d)却远低于两种调控方法结合使用时乙酸日产量(3.67 g/d)。

反刍动物瘤胃甲烷的产生及甲烷抑制剂的研究进展

反刍动物瘤胃发酵所产生的甲烷通过嗳气经口排出体外,不仅会使饲料的利用率降低,也会加剧温室效应。因此,减少反刍动物瘤胃甲烷的排放量对经济和环境双方面都具有重要意义。主要对反刍动物的甲烷产生机制、甲烷排放量的影响因素以及甲烷抑制剂种类等方面进行了综述。

甲烷抑制剂的研究应用进展

本文从甲烷的产生机制、调控机理和甲烷抑制剂几方面着手，阐述了甲烷的产生、甲烷抑制剂的种类与研究应用进展，并做出相关的前景展望。

剩余污泥厌氧消化抑制产甲烷代谢研究进展

首先阐述了抑制污泥厌氧产甲烷代谢的环境因素,主要是初始溶解氧、有机负荷、温度及pH。归纳了污泥厌氧消化产甲烷的内源抑制因素腐殖酸、氨氮及盐度,腐殖酸可通过竞争产甲烷菌的电子及影响相关酶的活性来抑制产甲烷,氨氮主要依靠影响产甲烷菌活性抑制产甲烷,盐度不仅影响产甲烷活性,而且也影响胞内有机基质释放。阐明了两种常用专性和非专性的外源抑制剂的作用机理。归纳了抑制污泥厌氧产甲烷的研究进展,以期为污泥产酸资源化利用提供理论参考。

腐殖酸和产甲烷抑制剂对厌氧污泥发酵产氢效能的影响

为提高厌氧污泥的发酵产氢能力,采用间歇培养方式考察了不同产甲烷抑制剂与腐殖酸联合作用对厌氧污泥发酵葡萄糖产氢效能的影响,并通过Illumina MiSeq测序揭示了微生物群落结构的变化规律.结果表明,在葡萄糖初始浓度为500 mg·L^(-1)条件下,经过120 h的连续培养后,对照的累计产氢量为1.2 mL,存在明显的耗氢现象.当加入0.02%氯仿(V/V)、0.04%氯仿(V/V)或2-溴乙酸磺酸钠(10 mmol·L^(-1))后,耗氢现象得到有效控制,它们的累计产氢量分别为15.7、13.2和9.4 mL.当向发酵系统同时加入产甲烷抑制剂和腐殖酸后,可以显著提高厌氧污泥的产氢效能.其中,0.02%氯仿和腐殖酸联合作用的促进效果最佳,其累计产氢量和最大产氢速率(Rmax)分别达到了17.4 mL和0.24 mL·L^(-1).相反,当替硝唑作为产甲烷抑制剂时,仍然存在耗氢现象.Illumina MiSeq测序结果表明,发酵系统中优势菌群的相对丰度存在显著差异.在对照系统中,Ottowia、Ignavibacterium、Nitrospira、Saccharibacteriageneraincertaesedis和Terrimona为优势菌群,其相对丰度为2.2%~4.2%.当0.02%氯仿和腐殖酸加入发酵系统后,Ottowia和Saccharibacteriageneraincertaesedis的相对丰度较对照分别增加了11.9%和31.8%,而Nitrospira的含量显著减少.

产甲烷抑制剂氯仿对污泥厌氧消化中同型产乙酸作用的影响

厌氧消化是城市污泥常用的资源化处理方式,添加产甲烷抑制剂得到的发酵产物乙酸相比于甲烷被认为更具附加值.同型产乙酸途径是污泥厌氧发酵产乙酸途径之一,然而产甲烷抑制剂的存在对其影响尚不明确,这对污泥厌氧发酵产酸工艺的优化和应用至关重要.本文研究了不同氯仿浓度抑制产甲烷条件下挥发性脂肪酸、气体浓度及同型产乙酸菌和总细菌数量的变化,基于乙酸的稳定性碳同位素分馏效应分析了不同温度条件下氯仿对同型产乙酸作用的影响.结果显示,0.1%和0.5%(V/V)氯仿浓度条件下最高乙酸浓度分别为24.5和22.4 mmol·L^(-1),远低于对照组的52.6 mmol·L^(-1).氯仿抑制产甲烷条件下乙酸的稳定碳同位素丰度δ^(13)C值均高于污泥有机质的δ^(13)C值,50℃时乙酸的δ^(13)C值最高,且同型产乙酸菌相对丰度也低于15和30℃条件下.可见,产甲烷抑制剂氯仿同时能够抑制同型产乙酸作用,0.5%浓度下的抑制效果高于0.1%浓度下,且50℃条件下其抑制作用强于15和30℃条件下.

甲烷化抑制剂在微生物电化学合成乙酸系统中的生物抑制效应

研究了利用2-溴乙烷磺酸钠(BES)选择性抑制产甲烷菌,从而提高微生物电化学系统合成乙酸产率的可行性,并对比了BES添加前后阴极室微生物菌群结构的变化。结果表明,厌氧混合菌接种物未经BES处理时甲烷是电化学系统CO_2还原的主导产物,最大生成速率达0.95 mmol·L^(-1)·d^(-1),8 d反应时间甲烷中电子回收率达55.0%,16S r RNA测序结果显示固态阴极的主要菌群为Methanobacteriaceae。BES的添加基本抑制了产甲烷菌的活动,使得乙酸成为主导产物,其合成速率最高达2.22 mmol·L^(-1)·d^(-1),系统总电子回收率达67.3%。Rhodocyclaceae(15.1%),Clostridiaceae(11.9%)、Comamonadaceae(11.1%)和Sphingobacteriales(11.0%)为主要菌群。研究结果表明了微生物电化学合成系统中抑制甲烷生成对调控微生态结构,从而调控电化学终产物的重要性。

常年淹水稻田甲烷产生潜力和产生途径的季节变化

甲烷的减排问题已成为各国政府和科研人员关注的焦点。稻田是温室气体甲烷的重要排放源,甲烷产生是排放的前提条件,主要有乙酸发酵和CO_(2)/H_(2)还原两条途径。常年淹水稻田甲烷排放量高,减排潜力大,但关于这类稻田甲烷产生途径的季节变化规律尚少见报道。于四川省资阳市的常年淹水稻田,采集水稻4个重要生育期(分蘖期、孕穗期、抽穗期、成熟期)的新鲜土样,通过室内厌氧培养试验观测了甲烷产生潜力,并采用稳定性碳同位素方法和氟甲烷(CH_(3)F,2%)抑制法,量化CO_(2)/H_(2)产甲烷的碳同位素分馏系数(α(CO_(2)/CH_(4))),从而定量评估乙酸产甲烷途径的相对贡献率(ƒ_(乙酸))。结果表明:添加CH_(3)F显著降低甲烷产生,甲烷产生潜力在成熟期最大,变化范围为3.22~12.71μg·g^(-1)·d^(-1);产生CH_(4)的δ^(13)C值(δ^(13)CH_(4))为-66.83‰~-59.62‰,较添加CH_(3)F的δ^(13)CH_(4)显著偏正(-90.83‰~-82.26‰);α_(CO_(2)/CH_(4))在分蘖期最大,孕穗期最小,变化范围为1.064~1.076;ƒ_(乙酸)由分蘖期的54%~61%急剧下降至孕穗期的30%~35%,在成熟期又上升至54%~61%。进一步分析发现:甲烷产生潜力的季节变化与土壤溶解性有机碳(DOC)含量的季节变化显著正相关,ƒ_(乙酸)的季节变化与土壤乙酸含量的季节变化显著正相关。综上,常年淹水稻田的甲烷产生潜力和产生途径均存在明显的季节变化,且分别主要受土壤DOC和乙酸含量的影响。

硝酸钠和2-溴乙烷磺酸钠对山羊体外瘤胃发酵甲烷、氢气和挥发性脂肪酸生成的影响

本试验从瘤胃氢代谢生物化学过程的角度出发,研究硝酸钠和2-溴乙烷磺酸钠(BES)对瘤胃甲烷生成的抑制机制。选用2只装有永久性瘤胃瘘管的成年湘东黑山羊作为瘤胃液供体,设对照组、硝酸钠组(添加剂量分别为0.10、0.20和0.40 mg/m L)和BES组(添加剂量分别为0.63、1.26和2.52 mg/L),采用全自动体外模拟瘤胃发酵设备,进行24 h体外瘤胃发酵试验,测定产气量、氢气和甲烷的产量和含量、挥发性脂肪酸产量及组成。结果表明:与对照组相比,添加硝酸钠和BES后,甲烷产量显著降低(P<0.05),并且随添加剂量增加,呈现线性下降的变化趋势(P<0.05)。低剂量硝酸钠(≤0.20 mg/m L)对产气量、起始底物降解速率、乙酸、丙酸产量和乙丙比无显著影响(P>0.05);高剂量硝酸钠(0.40 mg/m L)显著提高了氢气产量及含量,显著降低了产气量、甲烷产量及含量、起始底物降解速率和总挥发性脂肪酸产量(P<0.05);添加BES对产气量、起始底物降解速率和总挥发性脂肪酸产量没有显著影响(P>0.05),但显著增加了氢气产量及含量(P<0.05),显著降低了乙丙比(P<0.05),发酵类型向丙酸型转变。由此可见,硝酸钠减少甲烷生成依靠其氢池和瘤胃微生物毒性作用,而BES减少甲烷生成依靠抑制甲烷产生,对气体生成和饲料的降解影响很小。

大黄和大黄素对体外瘤胃发酵甲烷、氢气和挥发性脂肪酸生成的影响

本试验研究不同添加量的大黄和大黄素对体外瘤胃发酵甲烷、氢气和挥发性脂肪酸生成的影响。选用3只装有永久性瘤胃瘘管的成年浏阳黑山羊作为瘤胃液供体,设对照组(A,没有任何处理)、大黄组(B1、B2、B3和B4组,添加量分别为0.5、1.0、2.0和2.5 mg/mL)和大黄素组(C1、C2和C3组,添加量分别为0.06、0.12和0.24 mg/mL),进行24 h体外模拟瘤胃发酵试验。结果表明:1)随着添加量的增加,大黄组产气量、起始底物降解速率均呈先升高后降低的二次曲线变化趋势(P<0.05),大黄素组均呈线性下降的变化趋势(P<0.05);2)与对照组相比,添加大黄(≥1.0 mg/mL)和大黄素显著降低了甲烷产量,并随其添加量的增加呈线性下降的变化趋势(P<0.05);3)与对照组相比,添加大黄(≥2.0 mg/mL)和大黄素(≥0.24 mg/mL)后,氢气含量(发酵瓶顶部空间)及产量显著增加(P<0.05),并随其添加量的增加呈线性上升的变化趋势(P<0.05);4)与对照组相比,添加大黄(≥1.0 mg/mL)和大黄素显著降低了乙丙比,并随其添加量的增加呈线性下降的变化趋势(P<0.05)。结果提示,适当添加大黄(≤1.0 mg/mL)没有改变起始底物降解速率,可能不会影响反刍家畜对饲料的降解、消化和利用;而大黄素会显著降低起始底物降解速率,影响反刍家畜对饲料饲草的降解、消化和利用。添加大黄(≥1.0 mg/mL)和大黄素,可以降低甲烷的生成,增加氢气产量,并且改变瘤胃的发酵模式,使其向丙酸发酵型转变。

反刍动物瘤胃甲烷产生及调控的研究进展

反刍动物瘤胃甲烷气体的排放是一种能量损失,同时也增强了大气的温室效应。因此,减少瘤胃内甲烷的生成对提高饲料能量利用率和改善环境具有重要意义。文章对瘤胃甲烷产生的生化机制和影响因素,以及控制瘤胃内产生甲烷的措施进行了综述。

反刍动物甲烷产生与控制措施

综述反刍动物产生甲烷气体的机理以及控制反刍动物排放甲烷的一些方法。

稻田甲烷产生途径研究进展

H2/CO2还原和乙酸(CH3COOH)发酵是稻田CH4产生的主要途径。C同位素示踪技术、添加CH4产生途径抑制剂和稳定性C同位素方法是稻田CH4产生途径的主要研究方法。本文综述了这3种研究方法及研究结果,并指出了今后的研究重点:加强我国有关稻田CH4产生途径的研究;对比分析3种研究方法,查明研究结果存在差异的原因;加强同位素分馏系数α(CO2/CH4)和ε(ac/CH4)以及C同位素组成δ13CH4和δ13CH4(CO2/H2)的研究。

稻田甲烷氧化研究方法进展

土壤厌氧培养、添加CH4氧化抑制剂和稳定性C同位素方法是3种主要的稻田CH4氧化研究方法。采用土壤厌氧培养方法估算的CH4氧化率偏高,其大部分研究结果中CH4氧化率均>50%,高于其他方法的研究结果。添加CH4氧化抑制剂不仅会抑制CH4的氧化,同时也会减少或促进CH4的生成,这与添加的CH4氧化抑制剂的浓度有关。稳定性C同位素方法可在自然条件下测定CH4氧化率,无破坏性、灵敏度高,但计算CH4氧化率输入的δinitial、δfinal和α值还需要进一步研究。

产甲烷菌抑制剂对便秘小鼠结肠微生物菌群及代谢产物的影响

为研究产甲烷菌抑制剂(溴氯甲烷)对便秘小鼠的肠道微生物菌群及代谢产物的影响,选取60只5周龄雄性KM小鼠,随机分为3组:对照组、便秘组、甲烷抑制剂干预组.试验结束,采集小鼠结肠内容物通过高通量测序技术分析肠道菌群;气相色谱分析结肠内容物中短链脂肪酸含量;Real-time PCR技术分析肠道总菌及产甲烷菌数量变化.结果表明,溴氯甲烷处理后小鼠粪便颗粒数及粪便含水率显著增加,结肠内容物Lactobacillus及Streptococcus的相对丰度显著增加,Lachnospiraceae NK4a136 group,Lachnospiraceae_uncultured,Bacteroides,Muribaculaceae_norank及Staphylococcus的相对丰度显著降低,结肠菌群结构发生显著变化,产甲烷菌数量显著降低,但对总菌数量无显著影响.溴氯甲烷处理组总短链脂肪酸含量显著降低.本研究表明便秘小鼠在甲烷抑制剂干预后,结肠菌群结构及代谢产物均受到显著影响.

氧对提灯变形鞭毛虫生长及生理特性的影响

提灯变形鞭毛虫Psalteriomonaslanterna的生活史分为鞭毛期和阿米巴期两个阶段,其在低氧(体积分数为1 0%)的混合培养液中生长良好;生活在体积分数为1 0%～2 5%O2的培养液中(每周更换2次O2),其细胞内共生甲烷菌消失,变成阿米巴期。将甲烷菌加入失去内共生菌的鞭毛期培养液后,可获得较高的细胞密度。用电镜检查提灯变形鞭毛虫的细胞质,未发现有内共生甲烷菌,该菌仅出现在食物泡中。培养液中加入体积分数为2 5%的O2和0 1mmol/L的甲烷抑制剂(Bro moethanesulfonicacid,简称BrES),能抑制提灯变形鞭毛虫的生长和CH4的生成,同时提高H2的含量;高浓度(10 0mmol/L)的BrES对CH4生成的抑制率为100%,此浓度下细胞停止生长,5d内全部死亡。阿米巴期对氧和BrES的忍受力高于鞭毛期。用细胞化学染色方法检查与氢化酶体和线粒体相关酶的活性表明,提灯变形鞭毛虫缺少细胞色素氧化酶和过氧化氢酶,含有超氧化歧化酶。

BES对污泥厌氧发酵产酸性能的影响

以赣南地区某污水处理厂剩余污泥为研究对象,将碱预处理后的污泥和驯化后的接种污泥按1∶1混合,然后投加不同浓度的产甲烷抑制剂BES进行碱性发酵产酸研究。结果表明,碱预处理有利于污泥中颗粒态有机质向溶解态有机质转化,从而增强后续的厌氧发酵产酸过程。BES作为产甲烷菌的特异性抑制剂,可以较好地抑制产甲烷菌的活性,增强发酵产酸系统中SCOD、VFAs的产生量;当BES投加量为5 mmol/L时,由于发酵产酸菌大量利用SP和SC,反应稳定时二者浓度相较于空白分别下降了31.04%和30.86%,VFAs和SCOD浓度相较于空白则分别增加了42.79%和23.92%,VFAs的最大平均累积量达到了662.73 mg/L;随着BES浓度的增加,发酵液中VFAs的生成量有所降低。实验研究建议采用5~10 mmol/L的BES强化污泥发酵产酸过程。