高效降解秸秆的短小芽孢杆菌GBSW19及甘露寡糖激发子的研究
发布时间：2021-03-09 15:51
作物秸秆是自然界含量巨大、种类丰富、分布广泛且可再生的一种生物质资源,然而在农业上由于对秸秆的不合理处理方式,不仅浪费了秸秆资源,还给环境和人类安全带来巨大隐患。作物秸秆原位还田是目前农业上易于操作和推广的方式,但是秸秆不经处理直接还田容易带来一系列影响农业生产问题,如影响作物播种和出苗,容易使下茬作物发生病害等。利用能够降解木质纤维素的微生物来加速秸秆降解是一个很好的解决方案,这些微生物主要有芽孢杆菌、木霉菌等。本研究从实验室保存的分离于西藏的30株芽孢杆菌菌株入手,通过平板初筛,得到26株可以在CMC平板上产生透明圈的菌株,对这些菌株进行胞外酶活复筛和拮抗病原菌检测,最终得到了 2株兼具生防潜力且酶活较高的候选菌株BacilluspumilusGBSW19和B.axarquiensis LNXM37。我们进一步在液态发酵条件下检测了这两个菌株对作物秸秆的降解效果,发现当以1%体积比接种时,菌株GBSW19在降解9 d时秸秆失重率达25.7%,其中纤维素降解率为28.3%,半纤维素降解率为27.4%,木质素降解为45.6%。此外,我们还在在盆栽模拟实验中模拟了菌株GBSW19和其复配...
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１木质纤维素结构［４］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ??ｌ半纤维素酶??
??半纤维素由五碳糖和六碳糖聚合而成的异构多糖，其结构差异变化很大（图２－２）。??不同植物中半纤维素种类和含量均存在差异：比如软木中的半纤维素主要包括葡甘露??聚糖、木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、木葡聚糖和其它葡聚糖，而硬木的半纤维素则丰要??由木聚糖和葡甘露聚糖组成［５］。??半纤维素的有效降解需要多种酶的协同作用，不同微生物对半纤维素的降解有三??种不同的策略：１、木霉属（７Ｗｃ／？ｏ＜ｉｅｒ；？ａ）和曲霉属（＾４切６／沿７／１？０等需氧真菌能够分??泌高浓度的多种半纤维素酶类，将其水解成可被周围微生物利用的单糖或二糖［６］；?２、??杆菌（及ｋ：／／／／）和纤维弧菌属（Ｃｅ／／ｖ／６Ｗｏ）等需氧细菌能够分泌中等数量降解多糖主??链的酶将半纤维素水解成寡糖，再由某些胞内酶进行完全降解［＾８］；?３、梭菌属??（Ｃ７〇ｉ７／７Ｗ／ｆｌ）等厌氧细菌已经进化能分泌独特的多酶复合物－纤维小体（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｏｍｅｓ）??［９］。半纤维素的降解可以暴露出核心的纤维素微纤丝，方便后续的纤维素酶对其进行??降解。??１．２半纤维素酶的结构及功能??〇．．?Ｘｙｌａｎ??０－＾４?〇??ｎｒＴｔＨｉ－ｒｒ－?、，０?Ｘｙ?ｌｏｂｉｏｓｅ??？１ｏ？ａｓｓａ?〇??＾?Ｃａｉａｃｔｏ－ｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎ??ｒｉＯ?／??Ｍａｎ?ｎｏｂｉｏｓｅ??＾?＾?￡ｎ＞ｄ－ｃ＜Ｔ５？５ｍＫｔａｓ？ｓ?＾＜＾ｉｉｃｏ？！ｄａｓｅｓ??Ａ＾ａｂ?ｉｎ?ｏｇ?ａｉ?ａｄａｎ??ｆｔ－１，５－Ｌ－Ａｒａｂｌｎ＊ｎ?、
纤维素的完全降解需要三种酶协同作用：内切纤维素酶（１３－１，４葡聚糖酶）从纤维??素内部随机进行切割，分解纤维素微纤丝；外切纤维素酶（纤维二糖水解酶）可以从??还原端以二糖为单位进行切割；葡萄糖苷酶将纤维二糖水解为葡萄糖分子（图２－３）。??Ｃｅｌｌｕｔａｓｅ?｛Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?Ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ?Ｃｈａｉｎｓ］??＾?Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｔＣｒｙｓｔａｌｍｅＪ?Ｔ?＾?Ｔ?Ｓ?１?＿?ｌ??＜ｆ？ｏｇｒｅ？＇ｗ？ｔｙ?ｂｒｅａｋｉｎｇ?ｉｎｔｏ?ｓｈｏｒｔｅｒ?ｍｏｔｅｃｕｔｅｓ?ｆｒｏｍ?ｅｆｔｈｗ?ｔｈｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｏｒ?ｎｏｎ－ｆｅｄｕｃｍｆｉｅｆｉｄｓｊ??Ｃ—?Ｃｈｃｏｓｅ??（ｂ＞？？ｔ：＞ｎｉ＞?ｔｈｅ?？ｖ＆ｔ？ｉｉｎｅ?ｉｔｒｖｔｔｉｉ＾ｘ｝?Ｃｅｌｌｏｂｉａｓｅｓ?ｔＰ＇Ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅｓ］?Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ??（ｂｒｅ？＊；ｉｎ￡?＆?ｆｃｙｄｆ〇＞ｙ￥ｉｔ?Ｏｆ?ｉｆＪｖｃＯＳｉｄｌｃ?ＯＯｎｒｆ?ｔｏ?ｆ〇？ｍ?ｇｆｕｃｏａ）?｛；ｕｂｉｃｑｕｅ＜ｎ?ｃ〇ｒ．ｖ？ｒｉｉ〇＜？?ｔ〇?ａｌｃｏｈｏｌｓ）??图２－３纤维素完全降解机制［１９１??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｔｏ?ｇｌｕｃｏｓｅ??有些学者认为三种酶类在协同降解纤维素之前，纤维素会出现无序化反应［２（）＿２１ｊ??和微纤维［２２＿２４１等现象。无序化反应是指纤维素的晶体结构发生改变，表现为无序性。??对与李氏木霉（７Ｈｃ／ｗ办ｒｗａ?ｒｅｅｓｅＯ外纤维素酶结合的纤维素结构进行扫描电镜观察
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物在秸秆还田中的应用研究进展[J]. 段杰,崔俊涛. 资源节约与环保. 2015(02)
[2]农作物秸秆综合利用的研究进展综述[J]. 解恒参,赵晓倩. 环境科学与管理. 2015(01)
[3]长期秸秆还田对华北潮土肥力、氮库组分及作物产量的影响[J]. 赵士诚,曹彩云,李科江,仇少君,周卫,何萍. 植物营养与肥料学报. 2014(06)
[4]基于共聚焦显微拉曼光谱揭示炭疽病侵染下茶叶细胞壁变化的研究[J]. 李晓丽,罗榴彬,胡小倩,楼兵干,何勇. 光谱学与光谱分析. 2014(06)
[5]腐熟剂作用下油菜秸秆还田对土壤性状与单季稻产量的影响[J]. 怀燕,潘建清,陈一定,陆若辉,朱伟锋. 浙江农业科学. 2014(05)
[6]土壤有机质与农作物产量的关系研究[J]. 宋跃明. 农村经济与科技. 2014(01)
[7]秸秆还田对设施土壤微生物种群数量的影响[J]. 李鑫,池景良,王志学,孙玉禄. 农业科学研究. 2013(04)
[8]玉米秸秆低温降解复合菌系的筛选[J]. 萨如拉,高聚林,于晓芳,胡树平. 中国农业科学. 2013(19)
[9]长期秸秆还田对旱地玉米产量、效益及水分利用的影响[J]. 周怀平,解文艳,关春林,杨振兴,李红梅. 植物营养与肥料学报. 2013(02)
[10]2种还田模式下小麦秸秆腐解菌剂应用效果研究[J]. 刘海静,任萍. 中国农学通报. 2013(03)
硕士论文
[1]低温纤维素降解菌的筛选及其混合发酵效果研究[D]. 付秋玥.东北农业大学 2013
[2]高温纤维素降解菌的筛选及其复合菌剂对秸秆降解效果的研究[D]. 王元明.南京农业大学 2013
[3]中低温秸秆降解菌的筛选及其秸秆降解效果研究[D]. 刘爽.中国农业科学院 2011
[4]两种木霉混合菌产酶的条件优化及其对玉米秸秆降解的研究[D]. 李国强.东北林业大学 2011
[5]秸秆还田养分释放规律及稻草化感作用研究[D]. 李逢雨.四川农业大学 2007
[6]长期秸秆还田改土培肥综合效应的研究[D]. 孙伟红.山东农业大学 2004
本文编号：3073092
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：155 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１木质纤维素结构［４］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ??ｌ半纤维素酶??
??半纤维素由五碳糖和六碳糖聚合而成的异构多糖，其结构差异变化很大（图２－２）。??不同植物中半纤维素种类和含量均存在差异：比如软木中的半纤维素主要包括葡甘露??聚糖、木聚糖、阿拉伯半乳聚糖、木葡聚糖和其它葡聚糖，而硬木的半纤维素则丰要??由木聚糖和葡甘露聚糖组成［５］。??半纤维素的有效降解需要多种酶的协同作用，不同微生物对半纤维素的降解有三??种不同的策略：１、木霉属（７Ｗｃ／？ｏ＜ｉｅｒ；？ａ）和曲霉属（＾４切６／沿７／１？０等需氧真菌能够分??泌高浓度的多种半纤维素酶类，将其水解成可被周围微生物利用的单糖或二糖［６］；?２、??杆菌（及ｋ：／／／／）和纤维弧菌属（Ｃｅ／／ｖ／６Ｗｏ）等需氧细菌能够分泌中等数量降解多糖主??链的酶将半纤维素水解成寡糖，再由某些胞内酶进行完全降解［＾８］；?３、梭菌属??（Ｃ７〇ｉ７／７Ｗ／ｆｌ）等厌氧细菌已经进化能分泌独特的多酶复合物－纤维小体（Ｃｅｌｌｕｌｏｓｏｍｅｓ）??［９］。半纤维素的降解可以暴露出核心的纤维素微纤丝，方便后续的纤维素酶对其进行??降解。??１．２半纤维素酶的结构及功能??〇．．?Ｘｙｌａｎ??０－＾４?〇??ｎｒＴｔＨｉ－ｒｒ－?、，０?Ｘｙ?ｌｏｂｉｏｓｅ??？１ｏ？ａｓｓａ?〇??＾?Ｃａｉａｃｔｏ－ｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎ??ｒｉＯ?／??Ｍａｎ?ｎｏｂｉｏｓｅ??＾?＾?￡ｎ＞ｄ－ｃ＜Ｔ５？５ｍＫｔａｓ？ｓ?＾＜＾ｉｉｃｏ？！ｄａｓｅｓ??Ａ＾ａｂ?ｉｎ?ｏｇ?ａｉ?ａｄａｎ??ｆｔ－１，５－Ｌ－Ａｒａｂｌｎ＊ｎ?、
纤维素的完全降解需要三种酶协同作用：内切纤维素酶（１３－１，４葡聚糖酶）从纤维??素内部随机进行切割，分解纤维素微纤丝；外切纤维素酶（纤维二糖水解酶）可以从??还原端以二糖为单位进行切割；葡萄糖苷酶将纤维二糖水解为葡萄糖分子（图２－３）。??Ｃｅｌｌｕｔａｓｅ?｛Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ?Ｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ?Ｃｈａｉｎｓ］??＾?Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｔＣｒｙｓｔａｌｍｅＪ?Ｔ?＾?Ｔ?Ｓ?１?＿?ｌ??＜ｆ？ｏｇｒｅ？＇ｗ？ｔｙ?ｂｒｅａｋｉｎｇ?ｉｎｔｏ?ｓｈｏｒｔｅｒ?ｍｏｔｅｃｕｔｅｓ?ｆｒｏｍ?ｅｆｔｈｗ?ｔｈｅ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｏｒ?ｎｏｎ－ｆｅｄｕｃｍｆｉｅｆｉｄｓｊ??Ｃ—?Ｃｈｃｏｓｅ??（ｂ＞？？ｔ：＞ｎｉ＞?ｔｈｅ?？ｖ＆ｔ？ｉｉｎｅ?ｉｔｒｖｔｔｉｉ＾ｘ｝?Ｃｅｌｌｏｂｉａｓｅｓ?ｔＰ＇Ｇｌｕｃｏｓｉｄａｓｅｓ］?Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ??（ｂｒｅ？＊；ｉｎ￡?＆?ｆｃｙｄｆ〇＞ｙ￥ｉｔ?Ｏｆ?ｉｆＪｖｃＯＳｉｄｌｃ?ＯＯｎｒｆ?ｔｏ?ｆ〇？ｍ?ｇｆｕｃｏａ）?｛；ｕｂｉｃｑｕｅ＜ｎ?ｃ〇ｒ．ｖ？ｒｉｉ〇＜？?ｔ〇?ａｌｃｏｈｏｌｓ）??图２－３纤维素完全降解机制［１９１??Ｆｉｇｕｒｅ?２－３?Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｏｆ?ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｔｏ?ｇｌｕｃｏｓｅ??有些学者认为三种酶类在协同降解纤维素之前，纤维素会出现无序化反应［２（）＿２１ｊ??和微纤维［２２＿２４１等现象。无序化反应是指纤维素的晶体结构发生改变，表现为无序性。??对与李氏木霉（７Ｈｃ／ｗ办ｒｗａ?ｒｅｅｓｅＯ外纤维素酶结合的纤维素结构进行扫描电镜观察
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物在秸秆还田中的应用研究进展[J]. 段杰,崔俊涛. 资源节约与环保. 2015(02)
[2]农作物秸秆综合利用的研究进展综述[J]. 解恒参,赵晓倩. 环境科学与管理. 2015(01)
[3]长期秸秆还田对华北潮土肥力、氮库组分及作物产量的影响[J]. 赵士诚,曹彩云,李科江,仇少君,周卫,何萍. 植物营养与肥料学报. 2014(06)
[4]基于共聚焦显微拉曼光谱揭示炭疽病侵染下茶叶细胞壁变化的研究[J]. 李晓丽,罗榴彬,胡小倩,楼兵干,何勇. 光谱学与光谱分析. 2014(06)
[5]腐熟剂作用下油菜秸秆还田对土壤性状与单季稻产量的影响[J]. 怀燕,潘建清,陈一定,陆若辉,朱伟锋. 浙江农业科学. 2014(05)
[6]土壤有机质与农作物产量的关系研究[J]. 宋跃明. 农村经济与科技. 2014(01)
[7]秸秆还田对设施土壤微生物种群数量的影响[J]. 李鑫,池景良,王志学,孙玉禄. 农业科学研究. 2013(04)
[8]玉米秸秆低温降解复合菌系的筛选[J]. 萨如拉,高聚林,于晓芳,胡树平. 中国农业科学. 2013(19)
[9]长期秸秆还田对旱地玉米产量、效益及水分利用的影响[J]. 周怀平,解文艳,关春林,杨振兴,李红梅. 植物营养与肥料学报. 2013(02)
[10]2种还田模式下小麦秸秆腐解菌剂应用效果研究[J]. 刘海静,任萍. 中国农学通报. 2013(03)
硕士论文
[1]低温纤维素降解菌的筛选及其混合发酵效果研究[D]. 付秋玥.东北农业大学 2013
[2]高温纤维素降解菌的筛选及其复合菌剂对秸秆降解效果的研究[D]. 王元明.南京农业大学 2013
[3]中低温秸秆降解菌的筛选及其秸秆降解效果研究[D]. 刘爽.中国农业科学院 2011
[4]两种木霉混合菌产酶的条件优化及其对玉米秸秆降解的研究[D]. 李国强.东北林业大学 2011
[5]秸秆还田养分释放规律及稻草化感作用研究[D]. 李逢雨.四川农业大学 2007
[6]长期秸秆还田改土培肥综合效应的研究[D]. 孙伟红.山东农业大学 2004
本文编号：3073092
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