木质素降解微生物特性及其对农业废物堆肥腐殖化的影响研究

发布时间：2020-11-18 10:02

　　 农业废物,尤其是农作物秸秆中含有大量的木质纤维素,其中的木质素成分复杂,分解困难,导致腐殖质转化不完全,堆肥质量不高,因此加速木质素转化为腐殖质成为农业废物堆肥充分腐熟的关键。论文系统研究了木质素的生物降解特性及其对农业废物堆肥腐殖化的影响,首先研究了两种木质素降解微生物简青霉(Penicillium simplicissimum)和栗褐链霉菌(Streptomyces badius)及一组木质素降解复合菌的木质素降解特性。在此基础上,通过固态发酵实验研究了不同木质素降解微生物对腐殖质形成的影响,并在农业废物堆肥中以黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)为接种剂研究了在不同发酵时期接种木质素降解微生物对堆肥腐殖化的影响,为加速堆肥腐熟、提高堆肥品质提供理论指导。 对P. simplicissimum产漆酶的调控研究发现,附加碳源抑制漆酶Lac活性,而适量氮源可显著提高酶活,常用的Lac诱导剂ABTS和二甲苯胺并不能促进简青霉产生Lac。在发酵过程中,木质素的降解率实际上可能是由Lac的聚合和解聚作用整合的结果。各种附加营养物诱使P. simplicissimum在第3d出现Lac活性峰,该峰值下漆酶聚合能力特别强,直接影响最后木质素的降解率。 S. badius对稻草木质纤维素的降解研究发现,附加碳氮源对过氧化物酶的产生及木质素的降解均有促进作用,但对半纤维素酶和纤维素酶的产生及半纤维素和纤维素的降解均有抑制作用;附加氮源-酵母膏明显促进可酸沉淀的多聚木质素(APPL)的产生,而附加氮源-氯化铵和碳源-葡萄糖均抑制APPL的产生。 分别从农业废物堆肥的升温、降温以及腐熟阶段筛选出三组木质素降解复合菌MC1、MC2和MC3。初筛和复筛的结果均表明复合菌MC1具有高效木质素降解能力。复合菌MC1的营养调控正交试验研究表明,该复合菌的最佳培养条件是:摇床转速为120r/min,第一碳源为蔗糖,氮源为蛋白胨,添加ABTS、藜芦醇、吐温80、Cu2+和Mn2+,且第二碳源碱木质素的加入时间为培养的第2d。在此最佳综合培养条件下,复合菌MC1培养6d后的LiP酶活为579.91U/L,MnP酶活为882.49U/L,Lac酶活为80.94U/L,培养10d后的木质素降解率为46.75%。 比较研究了两种不同木质素降解菌(P. chrysosporium和S. badius)及土著微生物对腐殖质形成的影响。结果表明,接种木质素降解微生物有利于腐殖质总量的形成,且S. badius更有利于腐殖质的形成。由于两种微生物具有不同的木质素降解机理,它们降解木质素形成腐殖质的过程也有所不同。P. chrysosporium转化木质素生成简单分子富里酸(FA),然后聚合FA生成复杂的分子胡敏酸(HA),而S. badius改性木质素,先生成HA,然后将HA转化成FA。 考察了在农业废物堆肥的不同发酵时期接种P. chrysosporium对堆肥腐殖组分、腐熟度及胡敏酸光学特性的影响。结果表明,在一次发酵时期接种P. chrysosporium对木质素的降解和腐殖质的形成都没有明显的促进作用,而在二次发酵时期接种P. chrysosporium既能提高木质素的降解率,也能促进腐殖质的形成。另外,在二次发酵时期接种P. chrysosporium可以使堆肥的腐熟期缩短7d,但一次发酵时期接种并没有明显缩短堆肥周期。胡敏酸光谱扫描结果进一步表明,在一次发酵时期接种黄孢原毛平革菌不能明显促进胡敏酸的腐殖化程度,但在二次发酵时期接种黄孢原毛平革菌能明显促进堆肥中胡敏酸结构的复杂化,增加其芳构化程度及缩合程度,从而明显提高胡敏酸腐殖化程度。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2009
【中图分类】：X712
【部分图文】：

利用胡敏酸的红外光谱特征峰密度的比值，可以判断堆肥的腐熟程度[53]。通过对堆肥前后胡敏酸红外光谱不同特征峰峰密度的比值进行计算表明，A、B、C 三个堆体的 1650/2920（芳香碳/脂肪碳）从 0.38 分别提高到 0.63、0.65、0.69；1650/2850（芳香族碳/脂肪族碳）从 0.32 提高到 0.56、0.58、0.61；1650/1540（芳香碳/酰胺）从 0.46 提高到 0.64、0.67、0.65；1650/1050（芳香碳/多糖）从 0.37 提高到 0.60、0.70、0.60。这些变化进一步证明堆肥结束后，堆肥中多糖、脂肪类和酰胺等成分的减少及芳香结构成分增加，且二次发酵时期接种P. chrysosporium 更能促进堆肥中较胡敏酸结构的芳构化程度，从而促进堆肥的快速腐熟。6.3.5.5 核磁共振波谱分析核磁共振技术作为一种非破坏性的方法，是研究胡敏酸结构的一种很有效的手段。图 6.22 是堆肥前后胡敏酸13C-核磁共振波谱图。
【引证文献】

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本文编号：2888596