耐低温木质纤维素降解菌群的构建及其应用研究

发布时间：2020-09-02 10:18

　　为加速木质纤维素在低温条件下的降解,本研究采用添加木质纤维素降解菌群的措施。本研究选择以废纸为唯一碳源的无机矿物盐培养基为选择培养基,在低温条件下富集了森林表层土壤中的木质纤维素降解菌群。使用R2A培养基对富集菌群进行进一步的筛选、分离、鉴定。分别将富集的微生物菌群与纯培养微生物按照筛选比例混合构建的人工菌群应用于秸秆与废纸的降解研究,并探究了不同微生物菌群对秸秆还田效果的影响,得到结果如下:经选择富集培养,获得了耐低温木质纤维素降解功能菌群,利用R2A培养基对富集菌群中的易培养细菌进行筛选和分离,共获得57株易培养细菌。经鉴定,这些细菌分属六个菌属,包括23株鞘氨醇杆菌,8株黄杆菌,11株地杆菌,10株节杆菌,2株代夫特菌与3株鞘氨醇单胞菌。这些菌株均被已被报道具有木质纤维素降解的能力,能够产生相应的酶以水解木质纤维素的各个组分。构建成的人工菌群与富集菌群在低温条件下对秸秆与废纸均具有良好的降解能力,经过15天的降解过程,两类菌群对秸秆的降解率可以达到53.1%(构建菌群),52.0%(原始菌群),对废纸的降解率可以达到24.2%(构建菌群),21.8%(原始菌群)。在木质纤维素各组分中,各菌群对半纤维素降解效果最佳,木质素降解效果次之,纤维素降解能力最弱。扫描电镜,热重分析等检测结果表明构建菌群或富集菌群对秸秆与废纸的表面结构具有明显的破坏效果,导致木质素苯环数量减少,纤维素长度变短。对酶活性和降解率等结果的分析发现在接种量相同的条件下,与富集菌群相比,构建菌群产生的木质纤维素水解酶酶活力更高,对木质纤维素的降解能力更强。降解结束后不同培养条件下菌液的磷脂脂肪酸组分分析结果表明在接种不同菌群类型,包括构建菌群与原始菌群,以及碳源类型不同(废纸,秸秆)时培养获得的菌群组成相似(相关性大于0.8,P0.05),其中占比最高的为革兰氏阳性菌。将秸秆,废纸与菌液混合加入土壤中,经过两个月的秸秆还田模拟实验后,检测可知到外源微生物对于土壤性质的改善以及土壤养分的增加具有明显的效果。秸秆还田组土壤含水率显著提高。秸秆还田会使土壤pH降低,使土壤酸化,而外源微生物的添加使得土壤更趋近于中性。土壤中微生物碳含量明显提高,土壤中总有机碳,总氮,碱解氮等养分含量显著提高,土壤中漆酶,纤维素酶等木质纤维素降解的相关酶酶活力显著提高。在碳源类型相同,外源微生物类型不同(原始菌群,构建菌群)时土壤的理化性质与养分也有明显的差异(有机碳,总氮,碱解氮,速效磷)。这表明外源微生物,尤其是构建菌群的添加有利于提高秸秆还田的效率,更好地发挥秸秆还田在保持土壤结构,提高土壤养分等方面的积极作用。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X172;X712;X705
【部分图文】：

等级图,废纸,等级图,纸条

第 3 章微生物菌群构建第 3 章木质纤维素降解菌群构建3.1 功能微生物菌群富集降解程度分级：阶段1 纸条基本保持完整形貌，仅四个角被降解；阶段2 纸条被进步降解，边缘出现破碎；阶段3 纸条彻底失去原本形貌，成为п规则的多边形；阶段4 纸条完全被打碎，成为大小п 毫无规律的碎块；阶段5 纸条被彻底降解，仅以肉眼已经无法观察到。

形态图,形态图,微生物,微生物基因组

2图 3.2 п同微生物形态图Figure 3.2 Morphology of different strains通过 SDS / CTAB 对微生进行裂解，通过苯酚氯仿对微生物基因组 DNA 进行抽提，用乙醇等进行清洗。经过凝胶电泳验证，在 20 000 bp 左右大小出现明亮单条带，无 DNA 降

电泳图,电泳,条带

耐低温木质纤维素降解菌群的构建及其应用研究解现象产生，提取的 DNA 大小у细菌基因组 DNA 大小基本致，可以用来进行 PCR 扩增及之后的研究。经过凝胶电泳验证，在阴性对照（图中空白）处无条带，在实验组出现单明亮条带，没有其他条带у引物二聚体等的干扰。PCR 产物长度约为 1 500 bp，у 16s rDNA 大小基本致，因此可以确定为 16s rDNA 扩增产物，可以用以测序进行菌种鉴定。

【参考文献】