Mikrobiologische Charakterisierung und populationsdynamische Analysen von Biogasreaktoren zur Vergärung von Dünnschlempe im Hochtemperaturbetrieb:
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Berlin
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2014
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 ERNEUERBARE ENERGIEN AUS BIOMASSE 1
1.1.1 BIORAFFINERIE-KONZEPT 2
1.1.2 BIOETHANOL- UND SCHLEMPEPRODUKTION 3
1.1.3 BIOGAS ALS ENERGIETRAEGER 7
1.2 ERZEUGUNG VON BIOGAS 10
1.3 UNTERSUCHUNGEN VON MIKROBIELLEN GEMEINSCHAFTEN 14
1.3.1 KULTIVIERUNGSABHAENGIGE VERFAHREN 15
1.3.2 KULTIVIERUNGSUNABHAENGIGE VERFAHREN 16
1.4 BIOAUGMENTATION 19
1.5 EINSATZ THERMOPHILER MIKROORGANISMEN IN DER BIOTECHNOLOGIE 20
1.6 ZIELSETZUNG 23
2 MATERIAL UND METHODEN 24
2.1 BIOREAKTORBETRIEB UND PROBENAHME 24
2.1.1 AUSWAHL UND EINSATZ DES INOKULUMS 24
2.1.2 BETRIEB DER RUEHRKESSELREAKTOREN 25
2.1.3 DUENNSCHLEMPE ALS GAERSUBSTRAT 25
2.2 MOLEKULARBIOLOGISCHE METHODEN 26
2.2.1 ISOLIERUNG VON DNA 26
2.2.2 OLIGONUKLEOTIDE 27
2.2.3 IN 5///CO-VALIDIERUNG VON OLIGONUKLEOTIDEN 28
2.2.4 AMPLIFIKATION VON DNA 29
2.2.5 PYROSEQUENZIERUNG 29
2.2.6 ANALYSE VON NUKLEINSAEUREN 31
2.2.7 SEQUENZIERUNG VON DNA 32
2.2.8 LIGATION 32
2.2.9 TRANSFORMATION VON E. COLI MIT PLASMID-DNA 32
2.3 DENATURIERENDE GRADIENTENGELELEKTROPHORESE 32
2.3.1 EXTRAKTION VON DNA AUS DGGE-GELEN 34
2.4 FLUORESZENZ-ZN-S/FU-HYBRIDISIERUNG 34
2.5 MIKROBIOLOGISCHE METHODEN 35
2.5.1 ISOLIERUNG VON REINKULTUREN 35
2.5.2 BESTIMMUNG DER OPTISCHEN DICHTE 39
2.5.3 BIOAUGMENTATION 40
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M INHALTSVERZEICHNIS
2.6 BESTIMMUNG DES BIOGASVOLUMENS 43
2.7 GASCHROMATOGRAPHIE 43
2.8 BIOINFORMATORISCHE METHODEN 43
3 ERGEBNISSE 44
3.1 ANALYSE DER BIODIVERSITAET IM MODELLREAKTOR 45
3.1.1 ETABLIERUNG EINER DUENNSCHLEMPE ABBAUENDEN BIOZOENOSE 45
3.1.2 PHYLOGENETISCHE ANALYSE DER BIOZOENOSE 47
3.1.3 BESCHREIBUNG DER DIVERSITAET 51
3.1.4 TAXONOMISCHE KLASSIFIZIERUNG DES CLUSTERS THERMOTOGACEAE 53
3.1.5 ISOLIERUNG MIKROBIELLER REINKULTUREN 55
3.2 ENTWICKLUNG EINES SPEZIFISCHEN DGGE-PRIMERS FUER METHANOGENE ARCHAEEN
58
3.3 POPULATIONSDYNAMISCHE ANALYSEN BEI HOHER ORGANISCHER BELASTUNG 60
3.3.1 BELASTUNG DURCH EINE GESTEIGERTE SUBSTRATZUFUHR 61
3.3.2 REDUZIERUNG DER VERWEILZEITEN 68
3.3.3 ANALYSE EINER MESOPHIL BETRIEBENEN PILOTANLAGE 71
3.4 BIOAUGMENTATION ZUR STEIGERUNG DER BIOGASAUSBEUTE 75
3.5 CHARAKTERISIERUNG BISLANG UNKULTIVIERTER METHANOSAETACEAE 77
3.5.1 KULTIVIERUNGSSTRATEGIE ZUR ANREICHERUNG VON METHANOSAETA SP 79
3.5.2 EINFLUSS DES PH-WERTES AUF DIE METHANPRODUKTION 82
3.5.3 EINFLUSS DES SALZGEHALTES AUF DIE METHANPRODUKTION 83
4 DISKUSSION 84
4.1 BEWERTUNG DER EINGESETZTEN METHODEN ZUR BESCHREIBUNG DER BIOZOENOSE
84
4.1.1 DNA-ISOLIERUNG AUS BIOGASREAKTOREN 84
4.1.2 PHYLOGENTISCHE ANALYSE MITTELS PYROSEQUENZIERUNG 85
4.1.3 BESCHREIBUNG DER POPULATIONSDYNAMIK DURCH FISH 87
4.1.4 BESCHREIBUNG DER POPULATIONSDYNAMIK DURCH DGGE-ANALYSE 89
4.2 PHYLOGENETISCHE ANALYSE DER BIOZOENOSE 90
4.2.1 BAKTERIELLE SCHLUESSELTAXA DES BIOGASREAKTORS 90-
4.2.2 DIE STELLUNG DER METHANOGENEN ARCHAEEN INNERHALB DER BIOZOENOSE 96
4.2.3 HYGIENISIERUNGSEFFEKT DURCH HOCHTEMPERATURBETRIEB 99
4.3 POPULATIONSDYNAMISCHE ANALYSEN 100
4.3.1 ERHOEHUNG DER SUBSTRATZUFUHR 101
4.3.2 VERKUERZUNG DER VERWEILDAUER 104
4.3.3 ANFAHRPHASE IM PILOTREAKTOR 105
4.4 STEIGERUNG DER BIOGASPRODUKTION DURCH BIOAUGMENTATION 108
INHALTSVERZEICHNIS IM.
4.5 ANREICHERUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON METHANOSAETA SP 110
4.6 AUSBLICK 112
5 ZUSAMMENFASSUNG 114
6 SUMMARY 116
7 LITERATURVERZEICHNIS 118 |
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