Effects of AG1 and AG2 QTLs on Nonstructural Carbohydrate and Seed Management Options for Rice Seedling Growth and Establishment under Flooding Stress

Rice (Oryza sativa) plants acquired excess photosynthates in the form of nonstructural carbohydrates (NSCs) in their stems and grain. Despite keen interest in rice NSC, the dynamics of NSC accumulation, translocation and re-accumulation have not yet been well investigated. AG1 and AG2 QTLs associated with flooding tolerance through catalyzing starch into soluble sugar in germinating seeds. Here we conducted three experiments, greenhouse and field to lay the groundwork for large-scale diversity studies on grain NSC and some agronomic traits under direct-seeded rice (DSR) system, using elite lines incorporating AG1, AG2 and AG1-AG2 QTLs into the popular varieties PSB Rc82 and Ciherang-Sub1 along with the donors Kho Hlan On (AG1) and Ma-Zhan Red (AG2). In germinating seedlings, soluble sugars increased, while starch concentration decreased gradually especially in the tolerant checks and AG1-AG2 introgression lines under flooded soil. Soluble sugar accumulation in stem started to increase from the vegetative stage and peaked at the panicle initiation stage then gradually decreased towards the maturity stage. But Sub1-AG lines had higher sugar and starch concentrations at different growth stages than other genotypes in wet season 2016 and dry season 2017. Plant survival rate was positively correlated with the stem NSC at the early vegetative stage (21 days after sowing), and stem NSC was positively associated with plant height at different growth stages. Among the tested seeding rate, the most suitable seeding rate, 4 g/m² with shallow burial depth (0.5 cm), resulted in better seedling establishment, relatively higher seedling vigor index and higher leaf area index under flooding in DSR system. Introgression of AG1-AG2 QTLs had no any negative impact on nonstructural carbohydrate, germination rate, and growth and biomass production.     

过滤后养猪废水厌氧发酵与固氮技术研究

为探究养殖废水高效处理方法,文章采用粉碎玉米秸秆过滤养殖废水中悬浮性固体,并对过滤后养猪废水作厌氧发酵和固氮研究。经过滤,总固体(TS)去除率达47.55%,在中温(35±2)℃条件下,研究5、15、25 d 3种不同水力停留时间(HRT),过滤后养猪废水全混合厌氧发酵特性。厌氧发酵过程运行稳定,产生沼气甲烷含量均稳定在70%左右,当水力停留时间为15 d时,产甲烷效率为239.17 mL CH4/gVS,溶解性化学需氧量(SCOD)去除率60.94%。沼液采用鸟粪石沉淀法固氮处理,经过试验参数优化在物质的量比n(Mg2+)n(PO43-):n(NH4+)=1.021.061、pH为9.6条件下,氨氮(TAN)去除率达86.66%,处理后沼液中氨氮浓度为160 mg·L-1,研究结果可为养猪废水资源化利用提供参考。     

批式与两相高温厌氧消化厨余和杂草废弃物对比研究

以厨余和杂草废弃物混合物为发酵底物进行了批式和两相厌氧发酵试验。经过25 d的批式厌氧消化后,污染负荷(以挥发固体(VS)质量浓度计)为6.5、12.5、16.0和20.0 g/L的沼气产率分别为1 012、863、879和467mL/g,甲烷产率分别为595、442、440和316 mL/g,其中接种污泥对沼气产率和甲烷产率的贡献分别是304和170mL/g。试验结果表明:污染负荷为6.5 g/L时达到最大产气效率,80%的气体在反应的前8 d产生;污染负荷为12.5和16.0 g/L的产气率在统计学上无显著差别;污染负荷在20.0 g/L时出现产甲烷抑制,甲烷体积分数在反应的前2 d为20%左右。两相发酵试验采用厌氧固体床反应系统,包括4个1 L的固体床反应器和1个2.2 L的厌氧批式反应器。经过12 d的消化,沼气和甲烷产率分别为530和351 mL/g,系统总固体(TS)和VS去除率分别为78%和82%。与批式消化比较,该两相系统污染负荷高,产气稳定,周期短,是处理该类型有机废弃物的有效方法。     

Anarwia工艺处理猪场废水的技术经济性研究

进行了厌氧-加原水-间隙曝气(Anarwia)工艺与厌氧-SBR工艺以及SBR工艺净化猪场废水的技术经济研究.实验室试验和生产性试验一致证明,厌氧-SBR工艺去除效率低,处理出水污染物浓度高,不适于猪场废水处理;Anarwia工艺的处理效果与SBR工艺相当,污染物去除率高,出水COD和NH4+-N浓度低,达到了国家<畜禽养殖业污染物排放标准>(GB 18596-2001).与SBR工艺直接处理猪场废水相比,Anarwia工艺需增加厌氧处理单元、沉淀配水单元和沼气净化与贮存单元,但其HRT、工程投资、剩余污泥量、需氧量同比分别降低38.6%、11.8%、16.4%和95.9%,并能回收沼气2784 m3/d.若不计沼气收益,Anarwia工艺的处理费用比SBR工艺低47.5%;若计沼气收益,则Anarwia工艺的处理费只有SBR工艺的9.1%.技术经济分析结果说明,Anarwia是一种高效、稳定、经济的猪场废水处理新工艺,完全能够取代并优于SBR工艺.     

IC厌氧反应器的污泥颗粒化研究

[目的]研究IC反应器的污泥颗粒化规律化。[方法]研究了容积负荷、酸化率、选择压、无机离子、停留时间、pH值、碱度、挥发性脂肪酸（VFA）对污泥颗粒化过程的影响。[结果]试验用普通厌氧消化污泥启动,通过不断增加反应器的容积负荷,缩小停留时间,经122d运行,形成粒径为0.5～1.5mm的形状不规则颗粒污泥,反应器容积负荷达到14kgCOD/m3.d,产气量78L/d,COD去除率达85%以上。[结论]较高的有机负荷及其产生的较高的水力剪切力和Ca2＋有利于形成密实的颗粒污泥;工艺流程中的酸化池和循环罐有利于形成甲烷活性强的颗粒污泥。     

不同复合菌剂对玉米秸—猪粪混合原料厌氧发酵产沼气的影响

在粉碎的玉米秸秆中添加不同的复合菌剂进行预处理,研究玉米秸—猪粪混合原料厌氧发酵产沼气的能力。结果表明:添加复合菌剂处理比不添加复合菌剂处理累计产气量高10%以上;CH4含量相差不大,变化趋势基本一致。     

利用CCD优化C/N和pH对污泥厌氧发酵产沼气的影响

采用响应面中心组合设计,研究了pH和C/N对污泥厌氧发酵产沼气的影响,并利用回归方程对其产气量进行模拟。结果表明,当pH 6.50~8.00时,C/N 20~30之间变化时,产气量随之发生明显变化,当pH 7.25和C/N 25时,污泥单位产气量最高;以pH为因素A,C/N为因素B,单位产气量为响应值R1,进行响应面分析,建立模型得到二次系数方程,根据方程预测,当pH 7.09和C/N 25时,其理论最高产气量可达345 m L/g,而实际验证试验的产气量结果为(348±6)m L/g,与预测值相差仅0.8%,可见该方法确定的最佳条件合理,可以很好地用于污泥厌氧发酵条件的优化。     

猪粪厌氧发酵消化液回流体系微生物群落结构特征与产气关系研究

为明确厌氧发酵消化液回流体系中微生物群落结构的特征,采用Miseq高通量测序技术,研究回流过程中微生物的多样性和群落结构变化,并分析其与产气性能的关系。结果表明:消化液回流体系中,细菌的丰富度、多样性均高于产甲烷古菌,并随回流时间的延长明显增加,而产甲烷古菌无明显变化;细菌群落主要分为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)等8个不同的门类,厚壁菌门、梭菌纲(Clostridia)、梭菌属(Clostridium)是不同水平上的优势细菌,相对丰度分别从初期的62.79%、58.62%、35.44%上升到81.46%、68.19%、39.10%;产甲烷古菌中,广古菌门(Euryarchaeota)占绝对优势,在接种物中,第68 d和第219 d相对丰度分别为94.76%、99.89%、99.59%,属分类上主要有7种,其中甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的相对丰度由23.99%升高到72.28%,而甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)和甲烷球菌属(Methanosphaera)分别由16.34%、21.71%降低至3.70%、12.93%;日平均产气率由初期的409 m L·g~(-1)升高至477 m L·g~(-1),在219 d的试验中,氨氮和有机酸浓度均呈升高趋势,但并未对厌氧发酵产生抑制作用。研究表明:厌氧发酵回流体系中微生物以梭菌属和甲烷八叠球菌属为优势菌属,产气率随其相对丰度的增大而升高,而与甲烷短杆菌属和甲烷球菌属呈负相关。     

原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明:VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾(756.4mL·g-1VS-1)、麦秸(696.5mL·g-1VS-1)和果蔬垃圾(433.5mL·g-1VS-1),甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌(Bacteroidetes)以及古菌中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷螺菌属(Methanospirillum)均为样品共有的优势微生物。     

两相厌氧发酵过程监控系统的设计

 厌氧发酵过程是一个复杂的微生物代谢过程,在去除污染物的同时还产生沼气,因此具有较强的实际应用价值。随着发酵工业生产规模的不断扩大,迫切要求对厌氧发酵过程进行实时监控和优化。LabVIEW在发酵过程的在线监测与自动化控制领域已经有了一些成功的应用。本文介绍了一种基于LabVIEW的两相厌氧发酵过程的在线监测与控制系统的设计。详细介绍了在线监控系统的结构和硬件构成,以及各个功能模块实现的关键技术。此系统利用LabVIEW虚拟仪器作为软件开发平台,结合多功能数据采集卡、传感器和各类执行机构,实现了厌氧发酵过程中各参数的采集、处理、存储和自动调控。试验表明：该系统运行稳定、能较好地实现发酵过程的监控与优化。