一组木质纤维素分解菌复合系的筛选及培养条件对分解活性的影响

以麦秸垛下的土壤和麦秸堆肥为材料 ,利用限制性培养技术 ,经过多代淘汰及其不同系之间的组配 ,最终筛选构建了一组木质纤维素分解菌复合系。用羧甲基纤维素 (CMC)糖化力法和纤维素减重法研究了不同培养条件对复合系分解纤维素能力的影响。结果表明 ,以滤纸、棉花、稻草、CMC Na和葡萄糖为碳源时 ,复合系在天然纤维素含量高的碳源 (如滤纸、棉花 )存在时表现出高的纤维素分解活性 ;利用蛋白胨和酵母粉作氮源时的纤维素分解活性远高于硝酸铵、尿素等无机氮源 ;以滤纸和酵母粉作为惟一碳、氮源时 ,最适发酵质量浓度分别为 2 5和10 0 g·L-1,其分解活性最高峰均出现在发酵第 5天。最适纤维素分解的 pH为 8 0。最适纤维素分解温度为 6 0℃ ,大于 6 0℃的高温抑制复合系对纤维素分解 ;复合系的适宜溶氧量 (DO)为 0 0 7～ 0 16mg·L-1,过高过低的溶氧量均抑制纤维素分解。复合系的微好氧特点对堆肥工程降低生产成本具有重要意义。     

人工组合复合菌系分解木质纤维素特征研究

为研究人工组合复合菌系降解木质纤维素的效果以及降解过程中微生物群落变化特征。首先对天然复合菌系PLC-8进行分离纯化,随后将筛选出的5株细菌和2株真菌进行组合,构建3 种简化的复合菌系,分别为F1、F2和F3。随后,设计秸秆降解试验,利用DGGE方法测定3种复合菌在分解纤维素过程中微生物群落的变化特征,并进行相关的理化分析。结果表明:人工组合复合菌系F3分解木质纤维素的能力最强,在分解木质纤维素30 d内秸秆平均减重率为39.80%,半纤维素下降52.64%,纤维素下降25.8%,木质素下降6.26%。在第15 天时纤维素内切酶、纤维素外切酶、滤纸酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶的活性已经达到整个分解过程的最高值,分别为0.09、0.08、0.09、0.07和0.11 U/mL。复合菌系F3能够自我调节pH,从而改变溶液的pH从微酸性至微碱性,F3的微生物群落呈现出真菌-细菌稳定共存的状态,并且能够长时间保持稳定。因此,人工组合复合菌系F3是稳定、高效的木质纤维素降解复合菌系。     

4组常温分解小麦秸秆复合菌系的比较研究

为筛选常温高效产酶复合菌系,分别以枯叶土壤、牛粪、堆肥和自然腐烂的小麦秸秆为微生物源,通过外淘汰法筛选了4组常温分解小麦秸秆并产胞外酶的复合菌系WSD-5、N、M和D。培养15d后,WSD-5分解小麦秸秆75.6%,而N、M和D的分解率分别为65.0%、69.4%和67.5%。通过各复合菌系对小麦秸秆纤维素、半纤维素和木质素成分的分解比较,可知WSD-5复合菌系具有明显的分解优势:相对于初始秸秆,WSD-5复合菌系使麦秆中的纤维素、半纤维素和木质素分别减少了94.2%、81.9%和21.3%。4组复合菌系虽然均检测到纤维素酶、木聚糖酶及滤纸酶的酶活性,但以WSD-5复合菌系的酶活性为最高。其中滤纸酶活性最高为1.30U/mL,纤维素内切酶活性达4.35U/mL,外切酶活性达到0.60U/mL,β葡萄糖甘酶活性达到0.43U/mL,木聚糖酶活性达到15.16U/mL。特异引物PCR结果显示,WSD-5复合菌系由真菌和细菌共同组成。     

人工组合纤维素分解复合菌系的构建及各组分对纤维素分解的影响

为研究复合菌系高效协同分解纤维素的机制,从天然富集且高效稳定分解纤维素的复合菌系WSC-9中分离获得的8株细菌纯培养进行组合,构建由3株厌氧菌(W-A、W-B、W-C)和2株好氧菌(W-3、W-5)组成且具有较高纤维素分解能力的组合,PCS培养基中50℃静止培养10 d可分解97.6%的滤纸。组合减少试验显示,W-B为纤维素分解的关键菌株,减少组合中任一菌株均会降低滤纸分解率,培养基中代谢产物乙醇、乙酸、丙酸等含量也发生变化。W-3和W-5对厌氧菌分解滤纸具有辅助作用,W-B和W-C分别对滤纸分解初期的乙醇和后期的己酸含量有重要影响,厌氧菌对培养基p H均有调节作用。     

高效稳定纤维素分解菌复合系WSC-6的筛选及其功能

以麦秸垛下的土壤和麦秸为原料的堆肥为材料，利用限制性培养技术，经过多代淘汰及其不同系之间的组配，最终筛选构建了一组木质纤维素分解菌复合系WSC-6。复合系100mL培养液在50℃下静止培养72h，可以分解0．48g滤纸、0．38g棉花和0．14g稻秆。在发酵液初始pH5-9的范围内，可以高效分解滤纸，且复合系均可以把发酵液的pH调节到中性，并最终稳定在8．0～8．5之间。在连续添加滤纸的情况下复合系可以保持纤维素分解活性20d以上，在滤纸分解过程中发酵液的pH维持在6．5以下，当滤纸分解完毕后pH恢复到8．0～8．5之间。     

两种木腐菌对杉木心边材的选择性分解1）

以我国特有较耐腐树种杉木为研究对象,利用彩绒革盖菌（ Coriolus versicolor （ L．） Quél）和密粘褶菌（ Gloeophyllum trabeum （ Pers．） Murrill）分别对抽提前后杉木心边材侵染1个月。结果表明：密粘褶菌对杉木木材半纤维素的分解能力要强于彩绒革盖菌,彩绒革盖菌稍具分解木质素和纤维素的能力,而密粘褶菌对木质素和纤维素的分解能力不明显。苯醇抽提处理降低了彩绒革盖菌对木质素和纤维素的分解能力,提高了彩绒革盖菌对综纤维素和半纤维素的分解能力,降低了密粘褶菌对综纤维素和半纤维素的分解能力。杉木木材经两种木腐菌处理1个月后,其纤维形态无显著变化。     

纤维素分解复合菌系St-13的筛选及产酶条件的研究

从腐烂的枯枝落叶中分离到一组分解能力较强的纤维素分解复合菌系Sc-13,该复合菌系由平板可分离的细菌和难培养细菌组成。5d内可使滤纸完全崩溃,液体培养到14d时能够分解玉米秸秆中85．27％的纤维素,总失重率为58．03％。通过正交优化试验,确定该复合菌系的产酶最佳条件为：2％微晶纤维素,1．5％NaNO3,初始pH7．0,温度32℃;摇床培养48h时其CMCase为0．455IU／ml。     

玉米秸秆分解复合系的构建

以菜园土和不同有机肥组合的土样为材料,通过天然纤维素分解菌群的分离、驯化以及复配具有纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶活性的单菌株来构建玉米秸秆分解复合系。结果表明,对筛选得到的6个分解菌群进行了驯化培养,10代后菌群的pH值和羧甲基纤维素酶(CMC)活性已基本稳定;经过与具有纤维素酶活性(M,H)、木质素酶活性(Y1,Y7)、半纤维素酶活性(Y6)的菌株复配后得到的复合系,真菌与细菌含量均有所提高,CMC活性达到了35.6 U/g。     

一组纤维素-林丹分解菌复合系的稳定性研究

本试验通过对一组高效降解纤维素林丹的复合微生物菌系的性质、功能和菌种组成进行研究,以确定该菌系的稳定性.结果表明,该复合系能在较大的pH范围内保持高的纤维素林丹分解活性,不同培养代在培养过程中的pH均呈现先降后升的趋势;不同代次的复合系在培养第3 d时对滤纸的分解率均达到了90%以上,在第7 d时对林丹的降解率均达到50%以上,且差异很小,说明该复合菌系产酶及分解纤维素和林丹的能力也已经非常稳定;平板培养基培养证明该复合菌系全部由细菌组成,用变性梯度凝胶电泳(DGGE)法比较来源于不同培养代的16S rDNA条带,分析菌种组成的变化,结果显示,不同培养代的菌种组成的主要条带没有变化,在DGGE图上出现的菌种能够稳定存在.     

基于WSC-9的人工组建的简化复合菌系的纤维素分解能力与酶活特性

为了研究复合菌系分解纤维素的分解特性,将从复合菌系中分离的一株厌氧细菌WSC-B(Clostridium sp.)与另外2株好氧细菌(Bacillus sp.和Clostridiaceae sp.)重新组合为一个新的复合菌系F1,通过减重法分析F1纤维素分解能力,利用3,5-二硝基水杨酸显色法(DNS法)分析F1产生的几种纤维素酶的活性。结果表明:复合菌系在接种后10 d可使水稻秸秆和滤纸分别减重73.9%和70.6%。WSC-B、WSC-A、WSC-5比例为3∶2∶1时,降解效果最佳。复合菌系F1的纤维素滤纸酶活、外切酶、内切酶、β-葡萄糖苷酶的最大值分别为16.26 U·m L-1、56.25 U·m L-1、30.67 U·m L-1和10.81 U·m L-1。     

直接降解稻草秸秆的菌株筛选及其发酵过程研究

研究了降解稻草秸秆的菌株的分离筛选方法,提出了一种全新的筛选方案,即筛选能直接降解稻草秸秆的菌株。以稻草粉琼脂平板进行初筛,以NaOH处理过的稻草粉为发酵培养基进行复筛,得到对稻草降解较为完全的一株菌株。研究表明,该菌株对纤维素、半纤维素及稻草的降解率分别达72%,93%及84%。     

氨化与微贮稻草显微组织结构的比较

干稻草分别通过氨化和微贮处理后，进行经组织切片观察．结果表明，在氨碱的作用下，纤维素与木质素表面之间的结合被破坏，并使部分木质素、矿质、栓质溶解，纤维素和半纤维素表面保护层结构变化，胞壁膨胀，纤维软化．稻草经微贮处理后，纤维素、半纤维素—木聚糖链的木质素聚合物的酯键被酶解，增加了柔软性和膨胀度，表现为胞壁衬质物亲水强，富有可逆性，结构上的复性呈常态．相比之下，干稻草细胞壁中的纤维素、半纤维素和木质素等交错在一起，粗糙坚韧．经饲料常规分析，普通稻草、氨化及微贮稻草其蛋白质含量分别为４．４１％、９．５５％、５．０３％，氨化稻草、微贮稻草、干稻草粗脂肪含量分别为０．９％、１．２％、０．９％．其他成分未见明显变化     

一组高温高效纤维素分解菌群的筛选及功能特性研究

从木质纤维材料堆肥样品中驯化筛选出一组高温型纤维素分解菌群N6,对其纤维素分解功能特性进行了研究.结果表明,N6培养体系的pH稳定在6.4～8.0之间,降解纤维的适宜温度为50～ 60℃,最高纤维素酶活(CMCase)为0.83 IU/mL;在50℃下,N6在4d内可使滤纸降解90.0％以上,6d内可使玉米秆粉或稻草粉分别降解75.0％和86.4％,9d内可使玉米秆粉或稻草粉分别降解失重79.0％和90.4％,对木薯渣的降解率也在30.0％以上.可见,N6具有降解天然木质纤维的高活性,是可应用于木质纤维材料生物转化的优良菌群.     

一组高效棉秆降解菌复合系的构建及其降解特性研究

根据微生物之间协同作用的原理,采用多代淘汰及不同系之间组配的方法,筛选构建了一组高效棉秆降解菌复合系--ZFC菌系.在不同培养条件下对ZFC菌系进行液体发酵,研究比较了发酵过程中的pH、棉秆失重率、菌体生长、纤维素酶活力等指标.结果表明:28℃静置液体培养条件更适合ZFC菌系的生长产酶和对棉秆的降解.在28℃静置培养条件下经过13 d的液体发酵,ZFC菌系对棉秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为21.0;、65.1;和46.3;,说明研究所构建的一组棉秆降解菌复合系--ZFC菌系可加速棉秆的降解.     

麦秸饲料转化中木质纤维素软化技术研究

为解决秸秆饲料转化中消化率低的问题,开发秸秆分解软化技术,优先分解部分半纤维素,以小麦秸秆为原料,以半纤维素分解为特色的分解菌复合系为接种剂,对麦秸进行高温发酵分解,通过检测秸秆木质纤维素各成分的动态、发酵参数变化,以及PCR-DGGE为手段的微生物群动态监测,研究秸秆木质纤维素结构松散的规律。结果表明,经过高温发酵,秸秆中半纤维素显著降解,9d时半纤维素和纤维素分别分解了11.2%和9.3%在高温发酵过程中,微生物群以细菌为主体,真菌种类较少,且细菌群中以接入的分解菌复合系的组成菌占优势。说明向高温发酵体系中添加分解菌复合系可以有效促进发酵进程,使麦秸在发酵第9d时半纤维素的降解达到要求,有效地松散了秸秆结构。     

双指标优化黑曲霉液态发酵条件及降解棉秆效果

【目的】以羧甲基纤维素钠酶活(Carboxymethylcellulose sodium enzyme activity,CMCase)和滤纸酶活(Filter paper enzyme activity,FPAase)作为双指标,通过响应面法对黑曲霉(Aspergillus niger)ZD产纤维素酶的液体发酵条件进行优化,研究黑曲霉对棉花秸秆的降解效果。【方法】通过单因素试验确定主要影响因素,通过Plackett-Burman和Box-Behnken设计进行因素优化和交互作用的影响,测定棉秆中纤维素含量。【结果】单因素试验确定碳源为淀粉,氮源为蛋白胨,无机盐为K₂HPO₄,培养时间168 h,转速150 r/min,温度30℃,接种量7%;利用Plackett-Burman设计筛选出影响产酶的显著因素是淀粉质量浓度、蛋白胨质量浓度、转速和接种量;最后通过Box-behnken确定产酶的最佳发酵条件,淀粉质量浓度1.21 g/100 mL,蛋白胨质量浓度0.25 g/100 mL,K₂HPO₄质量浓度0.1 g/100 mL,培养时间168 h,转速170 r/min,温度30℃,接种量7.8%,比初始发酵条件提高了35.96%。【结论】利用黑曲霉通过液体发酵降解棉秆效果显著,可以有效降解棉秆中纤维素和半纤维素,用真菌实现棉秆饲草化极具前景。     

外源氮肥、磷钾肥对棉秸秆堆腐的影响

【目的】研究外源氮肥、磷钾肥对棉花秸秆腐解过程的影响,为棉秸秆肥料化、基质化利用提供理论依据。【方法】采用网袋堆制熟腐法,设置棉秸秆自然堆腐、棉秸秆添加氮肥(尿素)堆腐、棉秸秆添加磷钾肥(磷酸二氢钾)堆腐共3个处理,分别在堆腐的前期(0~7 d)、中期(7~14 d)、后期(14~21 d)、末期(21~28 d)取样,测定棉秸秆质量及纤维素、半纤维素、木质素含量,分析棉秸秆累积失重率和阶段失重率,以及3种纤维成分的累积降解率和阶段降解率。【结果】添加氮肥可提高棉秸秆累积失重率,比自然堆腐提高6.7%;添加磷钾肥后,棉花秸秆失重率比自然堆腐降低了6.3%。添加氮肥后棉秸秆的降解速率在堆腐初期与自然堆腐相比有明显下降,之后降解速率加快。自然堆腐和添加磷钾肥处理的降解速率在堆腐初期最快,中期有显著下降,之后缓慢上升。添加氮肥和磷钾肥均能提高纤维素、半纤维素和木质素的降解率。在堆腐末期,和自然堆腐相比,添加氮肥或磷钾对纤维素的累积降解率分别提高178.29%和47.82%;添加氮肥和磷钾肥对半纤维素的累积降解率基本相同,提高幅度在40.6%左右;添加氮肥和磷钾对木质素的降解率分别提高9.13%和59.6%。纤维素降解最快阶段,添加氮肥是出现在堆腐末期,磷钾肥是出现在堆腐后期,CK是出现在前期和中期。半纤维素降解最快阶段,3种处理都是在堆腐前期。木质素降解最快阶段则都出现在堆腐前期和中期。【结论】添加氮肥和磷钾肥均能促进棉秸秆堆腐的降解程度,氮肥降解程度要高于磷钾肥,氮肥对棉秸秆的降解趋势与CK和磷钾肥有不同之处。氮肥对纤维素降解的促进程度要高于磷钾肥;氮肥和磷钾肥对半纤维素降解的促进程度基本相同;磷钾肥对木质素降解的促进程度要高于氮肥,降解变化过程也不相同。     

一株地衣芽孢杆菌对稻草降解作用的研究

通过测定发酵过程中发酵液的纤维素酶活、半纤维素酶活、可溶性总糖和还原糖浓度以及底物残渣重、残渣结晶度、傅立叶红外光谱和表面结构的变化来研究地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)对稻草的降解作用.研究发现,在发酵过程中地衣芽孢杆菌菌体产酶过程也就是木质纤维素的降解糖化过程.上清液中的纤维素酶活和半纤维素酶活分别在发酵进行到第12 h和48 h时达到最高峰.总糖含量于第4 h达到最高值,然后下降到一定程度后保持恒定还原糖含量随发酵进行不断下降,达到一定值后保持恒定.该菌株对稻草长达5 d的降解过程中结晶度未发生明显变化.底物残渣傅立叶红外光谱分析表明,此菌株对稻草中各组分都有一定降解.稻草中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为14.91%、6.61%和1.42%.利用扫描电镜对底物残渣表面结构进行观察,可看到该菌株主要降解稻草的薄壁细胞,使其发生严重皱缩.     

不同预处理提高棉花秸秆还原糖酶解效果的研究

为缓解饲草短缺的问题,采用硫酸处理、微波处理、蒸汽爆破处理等9种方法预处理棉花秸秆,软化棉花秸秆中的木质素,增强饲喂时的适口性,提高棉花秸秆的利用率。结果表明:蒸汽爆破处理棉花秸秆的损失量最大,为39.00%。纤维素含量除了蒸汽爆破处理较低,其它处理均高于对照。木质素含量,除氨化(16℃)与对照接近外,其它的处理均低于对照。对预处理的棉花秸秆分别添加筛选自牛粪一组纤维素降解复合系和绿色木霉进行酶解试验。酶解结果表明:微波处理、氨化处理(16℃)、碱+微波处理、双氧水处理、蒸汽爆破处理绿色木霉的活性强于纤维素复合酶,碱/微波处理、氨化处理(30℃)、碱处理、硫酸处理的预处理棉花秸秆进行酶解效果纤维素复合酶的作用优于绿色木霉的效果。微波处理、氨化处理、碱+微波处理、双氧水处理、硫酸预处理酶解的效果较好。碱+微波波处理失重率最高,达到19.32%、酶解率最高,达到32.20%;硫酸处理糖化率最高,达到18.20%、转化率最高,达到20.23%;碱+微波处理葡萄糖得率最高,达到1.013%。     

棉秸秆纤维素降解菌系构建及固体发酵条件优化

【目的】构建棉秸秆降解菌系及其固体发酵条件优化。【方法】根据羧甲基纤维素酶活(CMC)和滤纸酶活(FPA)筛选纤维素降解能力强的菌株,与调节发酵品质的菌株配比,采用响应面法评价初始含水量、接种量、发酵天数及其交互作用对棉秸秆纤维素降解率的影响。【结果】得到24株纤维素降解菌,其中一株透明圈直径与菌落直径的比例最大值 6.20,FPA酶活力9.699 U/h,CMC酶活力10.435 U/h,通过鉴定为枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis),与产朊假丝酵母(Candida utilis)、植物乳杆菌(lactobacillus plantarum)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)构建复合菌系按1∶1∶2∶1进行发酵,对模型进行方差分析,方程回归显著(P<0.000 1),接种量15.0%,发酵时间35.0 d,水分80.0%时,纤维素降解率达35.91%,接种量对纤维素降解率影响最大。【结论】构建了棉秸秆纤维素降解菌系,确定了固体发酵最佳条件,为棉秸秆饲料化提供了实验及理论依据。