玉米秸秆高效降解菌的筛选及混合菌株降解能力测定

发布时间：2020-08-31 09:54

　　农作物秸秆是重要的生物质资源,大部分秸秆被就地焚烧,这不仅浪费了资源,还极大地破坏了生态环境。因此,秸秆处理成为高效利用秸秆及保护环境的关键科学问题。化学法处理秸秆存在污染环境问题,物理法处理秸秆设备要求高、成本高,且不能大规模应用。因此,需要从高效、环保且低成本的角度来解决秸秆处理问题。利用微生物处理秸秆,可以加快秸秆就地腐解,提高土壤肥力,改善土壤微生物区系组成,且可以大面积推广应用。因此,本试验将从由河北瑞莱特生物科技有限公司获得的样品中分离能够降解纤维素和木质素的菌株,并对具有高效且降解能力强的菌株进行分类学地位鉴定;同时,将筛选的降解能力强的木质纤维素降解菌株与实验室前期筛选到的纤维素降解菌株和木质素降解菌株进行组合,筛选高效降解玉米秸秆的微生物复合菌系,并对高效降解玉米秸秆的木质纤维素降解菌复合菌系进行发酵条件优化;另外,对高效且降解能力强的木质纤维素降解菌复合菌系处理的玉米秸秆结构进行研究。试验结果如下:1、筛选出了5株降解纤维素的细菌,分别为菌株HDZK-DLCB1、菌株HDZK-DLCB2、菌株HDZK-DLCB4、菌株HDZK-DLCB8、菌株HDZK-DLCB9,其中,菌株HDZK-DLCB4和菌株HDZK-DLCB9具有高效降解纤维素的能力。结合菌株形态学、生理生化试验和分子生物学鉴定结果,确定菌株HDZK-DLCB4为蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)、菌株HDZK-DLCB9为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis);2、筛选出了1株降解木质素能力强的真菌,为菌株HDZK-DLCF1。结合菌株形态学和分子生物学鉴定结果,确定菌株HDZK-DLCF1为小孢根霉(Rhizopus microsporus);3、发酵产酶试验结果表明,菌株HDZK-DLCB4和菌株HDZK-DLCB9具有较强的产纤维素酶能力,菌株HDZK-DLCF1及实验室保藏的菌株HDZK-DLCB5和菌株HDZK-DLCB12具有较强的产木质素酶的能力;4、纤维素降解菌株HDZK-DLCB4、HDZK-DLCB9和实验室保藏的纤维素降解菌株HDZK-BYTF620组成的纤维素降解菌复合菌系对玉米秸秆的降解效果高于其它纤维素降解菌复合菌系。木质素降解菌株HDZK-DLCB5和菌株HDZK-DLCF1组成的复合菌系对玉米秸秆降解效果高于其它降解木质素复合菌系;5、菌株HDZK-DLCB4、HDZK-DLCB5、HDZK-DLCB9、DHZK-DLCF1和HDZK-BYTF620组成的降解木质纤维素复合菌系处理玉米秸秆14d后,玉米秸秆失重率为(29.83±0.37)%、纤维素降解率为(53.27±1.32)%、半纤维素降解率为(53.57±2.90)%、木质素降解率为(30.73±2.41)%;6、确定了木质纤维素降解菌复合菌系(菌株HDZK-DLCB4、HDZK-DLCB5、HDZK-DLCB9、DHZK-DLCF1和HDZK-BYTF620)的最佳发酵培养条件,即培养基初始pH 6.0、最适温度为25℃、最佳接种量为2:1(v/m)、C/N为25:1,优化后的玉米秸秆失重率、纤维素降解率、半纤维素降解率、木质素降解率分别为(46.81±0.24)%、(67.79±1.52)%、(71.02±4.31)%、(57.20±3.3)%,比优化前分别提高了16.98%、14.52%、17.45%、26.47%;7、木质纤维素降解菌复合菌系处理玉米秸秆后,扫描电镜观察结果表明,玉米秸秆结构完全被破坏;8、从木质纤维素降解菌复合菌系处理玉米秸秆中分离出了对羟基苯甲酸、咖啡酸、香草酸、丁香酸、对香豆酸、阿魏酸等5种酚酸类物质,且含量显著低于未处理组。本研究将对解决秸秆还田、提高土壤肥力和农作物产量具有重要的现实意义和经济意义;同时,本研究也可解决环境污染,具有一定的社会和生态效益。
【学位单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S182;S141.4
【部分图文】：

木质纤维素,秸秆

第 1 章前言第 1 章前言及结构秸秆近 7 亿吨[1]。秸秆作为自然界中含量最丰富的、用途多等优点，成为最具开发利用的能源物质[，纤维素分子排列成纤维束，纤维束之间的空隙-1）[5]。~80%的成分为木质纤维素[3,4]。因此，采取不同方助于秸秆的降解。

分子结构图,纤维素,分子结构,木质素

图 1-2 纤维素分子结构.Fig. 1-2 Structure of cellulose.1.1.2 半纤维素半纤维素在植物细胞壁中呈现稳定的网状结构[13,14]。不同作物中半纤维素的构有所不同，禾本科作物中的半纤维素主要是聚阿拉伯糖基-4-O-甲基葡萄糖醛木糖，以 1,4-β-D-吡喃木糖作为主链[15,16]。阔叶林中半纤维素的主链为 1,4-β-D糖[17]。1.1.3 木质素木质素的结构复杂，按目前的科学技术手段难以对木质素的完整结构深入解。目前普遍认同木质素是由苯丙烷基单元通过醚键和碳碳键连接而成的具有状空间结构的高分子芳香族化合物。不同种类的植物中所含木质素素种类不同，木质素一般包括 3 种单体结构（

丙烷,木质素,单元,对羟基苯

猥噙局仕厮刂掷嗖煌嗑噙局仕匾话惆闼?3 种单体结构（图1-3）：愈创木基丙烷单元、紫丁香基丙烷单元、对羟基苯丙烷单元[18,19]。各单体的结合形式以醚键为主，可以分为β-O-4，β-5，β-1 等。木质素结构中的大量羟基与水形成氢键，增加了在水中的溶解性[20]。由于木质素难以被降解，使得木质素成为保护外界微生物进入里层的屏障，所以秸秆的长期降解受木质素降解率的制约[21]。

【参考文献】