高效降解水稻秸秆复合菌群的构建及其降解效能

发布时间：2017-09-13 20:30

  本文关键词：高效降解水稻秸秆复合菌群的构建及其降解效能

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【摘要】：中国正处于农业经济高速发展的快车道,具有人口稠密,地域辽阔的特点。我国每年产生的农作物秸秆总量数值惊人,可达8亿吨。其中,水稻秸秆所占比例位居榜首。通过构建复合菌群,应用生物降解的方式处理水稻秸秆不仅能够提高土壤肥力,改善土壤结构,而且能够有效解决资源再利用和降低生产成本的问题。这对于生物质资源转化循环利用,降低环境污染程度具有重要意义。采用CMC-Na培养基从水稻秸秆腐殖质中分离筛选出具有纤维素降解能力的菌株L4,通过形态学水平,培养特征观测和16S rDNA序列测定三个层次进行种属鉴定工作,最终确定该菌株为灰略红链霉菌(Streptomyces griseorubens)。同时测定了透明圈直径大小以及秸秆发酵体系中纤维素酶活变化规律,研究表明该菌株具有降解秸秆的优良特性。结合纤维素酶的组成特点,依据不同菌株的产酶特性,我们选取了菌株L4,黑曲霉和绿色木霉用于构建功能互补且酶系完备的复合菌群。根据拮抗性检测实验结果显示,三者之间不存在相互抑制能力。功能互补性验证实验显示复合菌群与单个菌株比较来看,对于水稻秸秆各化学组分的降解能力均有显著提高。系统地分析了复合菌群在秸秆发酵体系中的纤维素酶活和木质素酶活的变化规律,结果显示CMCase和β-1,4-葡聚糖酶的酶活峰值大小分别为83.89 U/mL和66.56 U/mL,木聚糖酶活峰值大小为191.82 U/mL,木质素酶中的锰过氧化物酶活峰值大小为8.21 U/m L。相对于菌株L4,四种纤维素酶组分和木聚糖酶活水平均有显著提高,锰过氧化物酶活峰值大小提高到2.45倍。测定了水稻秸秆各化学组分的含量变化,结果显示发酵周期结束后秸秆中半纤维素降解率高达56.87%,纤维素降解率相对于前者略低为44.19%,对于木质素的降解利用相对较弱,仅为18.46%。与菌株L4比较来看,纤维素降解率提高到1.58倍,半纤维素降解率提高到1.14倍,研究表明复合菌群分解利用秸秆的能力更强,降解程度更为显著,但复合菌群对于木质素的降解利用远不及秸秆组分中的碳水化合物。探讨了pH和温度对于复合菌群降解效能的影响,得到最佳条件为pH 7.0,温度为34℃。利用扫描电镜观察水稻秸秆降解前后的整体结构变化,从而进一步验证了复合菌群降解水稻秸秆的高效性。
【关键词】：水稻秸秆 复合菌群 纤维素酶活 降解率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外对水稻秸秆的研究现状10-17
• 1.2.1 水稻秸秆资源概况分析10
• 1.2.2 水稻秸秆利用现状分析10-11
• 1.2.3 水稻秸秆生物降解研究概况11-15
• 1.2.4 降解水稻秸秆复合菌群的研究进展15-17
• 1.3 课题研究的目的意义及内容17-19
• 1.3.1 课题研究的目的意义17
• 1.3.2 主要研究内容17-19
• 第2章 实验材料与方法19-33
• 2.1 实验材料19-22
• 2.1.1 水稻秸秆来源19
• 2.1.2 菌种来源19
• 2.1.3 实验仪器19-20
• 2.1.4 实验试剂及药品20
• 2.1.5 培养基配方20-22
• 2.2 实验方法22-33
• 2.2.1 降解水稻秸秆菌株的分离筛选22
• 2.2.2 降解水稻秸秆菌株的鉴定22-24
• 2.2.3 纤维素降解能力初步测定24-26
• 2.2.4 复合菌群间拮抗性检测实验26-27
• 2.2.5 复合菌群功能互补性验证实验27
• 2.2.6 复合菌群降解水稻秸秆的发酵实验27
• 2.2.7 复合菌群降解水稻秸秆酶活力变化规律27-29
• 2.2.8 水稻秸秆发酵体系中糖含量测定29-30
• 2.2.9 水稻秸秆发酵体系中各组分含量变化分析30-31
• 2.2.10 影响复合菌群降解水稻秸秆因素的探究31-32
• 2.2.11 水稻秸秆降解前后扫描电镜观察32-33
• 第3章 降解水稻秸秆菌株的筛选鉴定及复合菌群的构建33-43
• 3.1 降解水稻秸秆菌株的筛选33-35
• 3.1.1 菌株的初筛和复筛33-34
• 3.1.2 纤维素降解能力的初步测定34-35
• 3.2 降解水稻秸秆菌株的鉴定35-38
• 3.2.1 菌株形态学水平鉴定35-36
• 3.2.2 菌株培养特性观察及生理生化指标测定36
• 3.2.3 菌株分子生物学水平鉴定36-38
• 3.3 降解水稻秸秆菌株产纤维素酶能力检测38-40
• 3.3.1 菌株L_4水稻秸秆发酵实验38-39
• 3.3.2 菌株L_4连续发酵体系中纤维素酶活大小测定39-40
• 3.4 降解水稻秸秆复合菌群的构建40-42
• 3.4.1 菌群拮抗性检测实验40-41
• 3.4.2 菌群功能互补性验证实验41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 复合菌群降解水稻秸秆效能分析43-54
• 4.1 秸秆发酵体系中复合菌群酶活性变化规律43-46
• 4.1.1 纤维素酶活变化规律43-44
• 4.1.2 木聚糖酶活变化规律44-45
• 4.1.3 锰过氧化物酶活变化规律45-46
• 4.1.4 还原糖含量变化规律46
• 4.2 复合菌群降解水稻各组分含量变化规律46-49
• 4.2.1 水稻秸秆化学成分含量测定46-47
• 4.2.2 秸秆发酵体系中各组分含量变化规律47-49
• 4.3 影响复合菌群降解效能因素的探究49-51
• 4.3.1 pH对复合菌群降解效能的影响49-50
• 4.3.2 温度对复合菌群降解效能的影响50-51
• 4.4 水稻秸秆降解效果的扫描电镜分析51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 结论54-55
• 参考文献55-61
• 致谢61

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本文编号：845731