农业生物质资源木质纤维素及基质化利用研究进展

基质栽培是国内外现代化温室的主要栽培模式,其在设施园艺业的应用前景广阔,地方生物质资源基质替代或补充草炭基质势在必行。我国农业生物质资源种类繁多、来源广、富含大量木质纤维素,且这类物质具有结构坚硬、分解困难的特性。因此,木质纤维素降解是规模化快速基质生产的关键。为供促进农业生物质资源的基质化利用参考,简述农业生物质资源木质纤维素特点,农业生物质资源基质化利用及其木质纤维素降解的研究进展,指出农业生物质资源基质化木质纤维素降解的研究方向。     

猴头菌对木质纤维素的降解

实验测定了4个猴头菌株在4种培养基质上生长时的营养规律。结果表明,猴头菌在废棉及棉籽壳基质上生长时子实体转化率较高,能够利用纤维素、半纤维素和木素为碳源。纤维素是猴头菌子实体阶段的主要碳源;猴头菌对不同纤维素含量的培养基质的利用率有显著不同;猴头菌生长期间能向基质中释放胞外 CMC 酶、FP 酶和 HC 酶,3种酶的活性高峰均出现在子实体生长阶段。     

纤维素高效降解菌对森林地表可燃物的野外降解

采用纤维素高效降解真菌Peniophoraintranata和Sarocladiumstrictum分别制备单一菌剂(菌剂A、B)以及二者混合菌剂(菌剂C),分3种剂量对胡桃楸、兴安落叶松及胡桃楸×兴安落叶松混交3种不同地表可燃物基质进行喷洒,每月取样,测定基质失质量以及综纤维素降解动态,并分析施加不同菌剂和不同剂量对可燃物基质综纤维素降解率的影响。结果表明:①施加菌剂的3种基质综纤维素降解效果均优于对照组,对于施加同种剂型的可燃物,不同剂量使可燃物基质综纤维素降解率由高到低排序为高浓度、中浓度、低浓度、对照;②3种可燃物基质综纤维素呈现出相同的降解规律,降解率由高到低表现为菌剂C、菌剂B、菌剂A、对照,即混合菌剂降解效果优于单一菌剂;③胡桃楸、兴安落叶松、混交基质综纤维素降解率与其减少质量均呈正相关,且相关关系达到显著水平(α=0.01),一元线性回归拟合优度分别为86.96%、95.75%、90.97%。综合以上结果可以得出,混合菌剂降解可燃物综纤维素的能力更强,且可燃物综纤维素降解率与可燃物载量密切相关,野外喷洒该菌剂能够有效降低森林地表可燃物载量,从而达到降低森林火险、预防森林火灾发生的目的。     

金属离子对平菇和杏鲍菇纤维素酶活性的影响

[目的]研究金属离子对平菇和杏鲍菇纤维素酶活性的影响。[方法]在以蚕沙、稻壳为基质的平菇和杏鲍菇液体发酵过程中添加0.5 mmol/L的硫酸亚铁、硫酸铜、硫酸锰和硫酸锌,分析这些离子对滤纸酶、Cx酶2种纤维素酶活性的影响。[结果]结果表明在稻壳、蚕沙为基质的培养基中,添加0.5 mmol/L Zn2+和Mn2+有效提高了纤维素酶活性。[结论]该研究为提高蚕沙和稻壳的纤维素利用率提供了新方法。     

基质成分对草菇生物学特性及其营养利用动态的影响

通过观察油茶壳等农业废弃物复配基质上草菇母种、原种及栽培种的生物学特性、胞外酶活性和营养成分消耗量等指标,评价了不同基质成分对草菇生物学特性和菌丝营养利用动态的影响。结果表明:在所配制的复合基质中,油茶壳和花生壳含量高的基质中菌丝的胞外酶活性较高,在子实体形成阶段纤维素酶的活性分别为3.36、3.23 U/g,半纤维素酶活性分别为4.61、4.87 U/g,漆酶的活性分别为5.217、4.23 U/g;对应的纤维素等营养成分的利用率也高,草菇生长期间纤维素的利用率分别增加了8.79、7.07倍,半纤维素的利用率分别增加了9.68、7.57倍,木质素的利用率分别增加了18.55、13.59倍;草菇的母种、原种及栽培种的生物学特性良好,适合用于草菇代料栽培。而甘蔗渣和玉米皮含量高的基质中菌丝的胞外酶活性和营养成分的利用率较低,其生物学特性较差,则不太适用于草菇的栽培。由此可见,基质成分能显著影响草菇菌丝胞外酶的分泌与活性以及菌丝利用基质中营养成分的能力,继而影响草菇的生物学特性和品质。     

金顶侧耳降解基质能力的研究

金项侧耳主要以基质中的非木质纤维素、半纤维素和纤维素为营养来源。菌株通过菌丝分泌的胞外酶降解基质中的大分子有机物为小分子有机物，供菌丝生长利用。本项研究究测定了金项侧耳在生长期间纤维分解酶的活性及基质中主要组分的变化，实验表明：（１）金项侧耳的包外羧甲基纤维素酶和木聚糖酶活性较高，滤纸酶和β－葡萄糖苷酶活性很低，４种酶活性与菌株的生长阶段有关。（２）菌株对基质中不同成分的降解能力不同，对同一种成分     

厌氧—好氧串联系统对慢速可生物降解COD的去除(Ⅰ)——对不同基质COD的去除能力

利用高温(55℃)升流式厌氧污泥床和好氧移动床生物膜反应器串联系统,研究了淀粉、纤维素和聚乙烯醇(PVA)这3种在食品加工、造纸和印染工业废水中常见的慢速可生物降解COD基质的去除过程。淀粉-COD能够完全被生物降解,纤维素-COD在厌氧反应器中通过污泥床的截留和纤维物质的沉降作用可以从水中完全去除。单一的PVA基质难于被生物降解,但是,PVA-COD在淀粉和PVA的双组分溶液中可以得到一定的去除率。     

微生物利用不同碳源基质种类对形成腐殖质的差异影响

在自然界中,葡萄糖、纤维素和木质素是三种最典型、最常被微生物接触利用且最具代表性的碳源基质,不同农作物秸秆种类因3种成分含量不一而使得秸秆腐殖化作用的产物——腐殖质的结构特性有所差异。对微生物利用不同碳源基质种类形成腐殖质特性的研究对于构建农作物秸秆科学堆腐配方具有重要意义。本文针对微生物利用3种碳源基质对腐殖质形成特点的系统分析,明确了木质素有效解聚是其腐殖化的必经之路,腐殖化产物更接近真实土壤;尽管纤维素本身不含有芳环结构,但经微生物腐殖化过程后,菌体中芳构化程度有所提高;与木质素和纤维素不同,微生物利用葡萄糖进行腐殖化过程是合成反应,不同菌种利用葡萄糖形成的菌体腐殖质结构有显著差异。     

发酵因子对枸杞枝条粉腐解率及木质纤维素降解的影响

为探讨枸杞枝条基质发酵中木质纤维素降解响应规律,试验采用正交设计,以枸杞枝条粉和苦豆子茎秆粉质量比4∶1混合为试材,研究了不同发酵因子对枸杞枝条基质发酵中堆体腐熟速率及木质纤维素含量的影响。结果表明,发酵结束时,翻堆温度上限为60℃、堆体含水率保持在60%、添加油饼氮源及接种粗纤维素降解菌处理条件下枸杞枝条粉堆体的腐解量较多,腐解率较高,加快了枸杞枝条粉的腐解进度;温度、含水率、氮源及外源微生物均对枸杞枝条粉木质纤维素降解有显著或极显著作用,木质纤维素降解难易程度依次为半纤维素、纤维素、木质素,以半纤维素最易降解,降解率在20%以上,以木质素较难降解,降解率在11%以上;以翻堆温度上限为60℃、堆体含水率为60%、添加油饼氮源及接种粗纤维素降解菌处理条件下腐解率较高,纤维素、半纤维素和木质素的降解效果较好。     

碳源对白腐菌降解竹基质的影响

为探索竹生物制浆的适宜条件，该文研究了5种碳源对白腐菌降解竹基质中木质纤维素的影响。结果表明，外加碳源刺激菌丝生长，白腐菌对竹基质中不同组分的降解程度因外加碳源的种类而异；纤维素降解率对白腐菌降解木质素和半纤维素的选择性起着关键的影响；10%葡萄糖、5%木聚糖和10%麸皮都能显著提高木质素和半纤维素的选择性系数，其中5%木聚糖的效果最好；木质素和半纤维素的降解选择性系数从12 .91分别上升到41.45和78.83；添加复杂碳源麸皮和玉米秆粉对白腐菌降解竹子中木质素和半纤维素的促进作用可能是木质素降解酶、小分子物质及共代谢多种途径共同作用的结果。总之，在利用白腐菌进行竹生物制浆时适当添加富含半纤维素的物质有利于提高效率，降低成本。