高温秸秆降解菌的筛选及其纤维素酶活性研究

筛选能在高温（55~75℃）好氧堆肥中高效降解纤维素的菌株，并评估其降解秸秆的能力与产纤维素酶的热稳定性。从高温期堆肥中采样，以水稻秸秆粉为唯一碳源，通过55、65℃和75℃连续高温传代驯化并分离筛选耐高温菌，结合水解圈和水稻秸秆崩解试验筛选不同高温下高效降解秸秆的目标菌株，采用16S rRNA测序和系统发育分析鉴定目标菌株分类地位，通过分析目标菌株纤维素降解相关酶在50~90℃之间的热稳定性，解析其高温适应性机制，评价其在实际生产中的应用潜力。高温驯化分离得到13株耐高温降解菌，其中B-5、B-6、B-7和B-11的纤维素和秸秆降解能力较强，而只有B-7和B-11在55~65℃和75℃具有高效降解水稻秸秆的能力，将其认定为目标菌株。系统发育分析表明B-7和B-11菌株与芽孢杆菌科高度相似，分别命名为短小芽孢杆菌B-7和嗜热脂肪芽孢杆菌B-11。酶活热稳定性分析发现B-7和B-11各纤维素酶活性在50~90℃之间先升高后降低，其最适温度范围不同，分别为55~65℃和70~80℃，其中B-11在85℃时的相对酶活仍高于60%。研究表明，菌株B-7和B-11是耐高温高效秸秆降解菌，其具有不同高温偏好性，纤维素酶热稳定性强，在秸秆高温好氧堆肥中具有潜在的应用前景。     

酸解羽毛粉研制生物有机肥及其促生效果研究

为提升生物有机肥料中功能微生物的数量,腐熟堆肥中添加外源氨基酸固态发酵功能菌是研制生物有机肥的主要手段。目前主要外源添加氨基酸菜粕的高成本严重阻碍了生物有机肥产业的发展。本试验通过研究酸解羽毛粉作为外源添加蛋白对固态发酵功能菌的影响及其所研制生物有机肥的促生效果,以开发生物有机肥新的原料配方。研究结果表明,腐熟堆肥中,随着酸解羽毛粉添加量的增加,所研制生物有机肥中功能菌的数量呈现先增加后下降趋势,为促进功能菌的增殖,酸解羽毛粉最优添加量为50 g/kg;盆栽试验结果表明,酸解羽毛粉作为外源蛋白添加制成的生物有机肥能够显著增加茄子和番茄株高、茎粗和SPAD值,移栽20天时,相比于对照,茄子分别增加19.02%、29.02%和4.80%;移栽50天时,番茄分别增加14.74%、18.70%和4.74%。研究结果表明,酸解羽毛粉作为外源蛋白添加剂能够有效增殖固体发酵过程中的功能菌,研制的低成本生物有机肥具有优异的促生效果,研究结果能够为生物有机肥产业的发展提供理论依据。     

施用氨基酸有机肥对黄瓜产量及土壤生物学性状的影响

[目的]养殖场病死畜禽的无害化、资源化处理是减少环境污染、保障养殖业良性发展而亟需解决的关键问题之一。高温酸解病死畜禽制成的氨基酸液与普通有机肥复配制成氨基酸有机肥是实现病死畜禽无害化、资源化利用的重要途径之一。本研究旨在评估氨基酸有机肥对黄瓜产量及土壤生物学性质的影响。[方法]采用实时荧光定量PCR等技术手段,研究连续施用氨基酸有机肥对设施黄瓜产量、土壤理化性质、氮素循环微生物数量及土壤酶活性的影响。[结果]田间试验结果表明:与不施肥对照相比,氨基酸有机肥处理、单施化肥、施用鸡粪有机肥处理黄瓜分别增产48.2%、29.5%和30.6%。与不施肥对照相比,氨基酸有机肥处理能显著提高土壤pH值和铵态氮、硝态氮、有效磷的含量,而与其他施肥处理间差异较小。氨基酸有机肥处理土壤的氨氧化细菌数量显著高于不施肥对照,但显著低于其他施肥处理;反硝化nirK基因数量显著高于不施肥对照,而显著低于施用鸡粪有机肥处理;nirS基因数量显著高于不施肥对照及单施化肥处理。氨基酸有机肥处理土壤的过氧化氢酶及磷酸酶活性显著高于其他施肥处理和不施肥对照;脲酶活性显著高于不施肥对照但低于其他施肥处理;蔗糖酶活性显著高于不施肥对照且与其他施肥处理无显著差异。[结论]施用氨基酸有机肥可改善土壤理化性质,增强土壤生物肥力,提高根系可吸收利用的速效养分及游离氨基酸含量,增加黄瓜产量。     

病死动物源氨基酸研制的生物有机肥促生效果研究

废弃动物尸体酸解为氨基酸能够有效解决农业生产中动物尸体带来的环境污染问题,本研究利用此类病死动物资源水解的的氨基酸研制生物有机肥,以期在研制出低成本高品质生物有机肥的同时推进新型氨基酸的利用。本文首先比较了根际功能菌Bacillus amyloliquefaciens SQR9在添加不同浓度酸解氨基酸液有机肥中的固体发酵效果及不同浓度酸解氨基酸水解液发酵的生物有机肥盆栽促生效果,进而确立了生物有机肥的氨基酸添加浓度。再进一步通过黄瓜、辣椒和玉米盆栽试验,评估了所研制新型生物有机肥的促生效果。研究结果表明:酸解氨基酸水解液添加量为20%时,所研制生物有机肥中功能菌数量最高,达到2.25×10~8CFU/g,是未添加氨基酸对照的3倍。黄瓜盆栽促生试验表明,氨基酸添加量为20%所发酵的生物有机肥促生效果优于其他处理和对照,株高、茎粗、叶绿素、鲜重和干重值均为最高,根围土壤中功能菌的数量达2.51×10~5CFU/g。不同作物盆栽试验结果表明,添加氨基酸研制的含菌株SQR9生物有机肥处理的促生效果优于添加化肥研制的含菌株SQR9生物有机肥、有机肥直接接种菌株SQR9研制的生物有机肥、普通有机肥和添加氨基酸的普通有机肥处理,同时施用含SQR9菌株的肥料促生效果优于施用不含功能菌的相同配方制造的有机肥处理,表明,利用菌株SQR9研制的生物有机肥具有良好的促生效果,相比于化肥,添加氨基酸固体发酵功能菌后更加有益于功能菌促生功能的发挥。在各种作物根围土壤中的微生物涂布试验中,添加氨基酸研制的含菌株SQR9生物有机肥处理的功能微生物数量显著高于其他处理。综上,添加20%的氨基酸水解液能够有效促进功能微生物在有机肥中的繁殖,固体发酵形成的生物有机肥具有优异的促生效果。     

典型畜禽粪便配伍食用菌菌渣堆肥研究

[目的]研究三种典型畜禽粪便工厂化高温好氧堆肥过程中物理化学参数的动态变化规律,为典型禽畜粪便和食用菌菌渣废弃物有机肥料化提供理论依据。[方法]本研究分别以新鲜牛粪、猪粪和鸡粪配以2倍质量(DW)的食用菌菌渣进行堆肥试验,研究了堆肥过程中温度、pH值、铵态氮、硝态氮和发芽指数等理化指标的动态变化规律。[结果]堆肥过程中牛粪、鸡粪和猪粪处理在55 ℃以上的持续时间均超过15 天,堆体温度均超过70 ℃。堆肥结束时,猪粪、鸡粪、牛粪处理的pH值分别为7.59、7.81、7.48,符合腐熟堆肥pH值在 5.5 ~ 8.5的一般标准,种子发芽指数(GI)均大于80%,总养分(N+P2O5+K2O)分别为4.31%、5.01%、4.57%,只有鸡粪处理满足有机肥养分标准(NY525-2012)。堆肥过程中各处理铵态氮含量逐渐下降,硝态氮含量逐渐增加,至堆肥结束时牛粪、鸡粪和猪粪处理铵态氮的减少量分别为45.6%、29.2%、33.9%,而相应地硝态氮含量分别增加到2.59 g kg-1、2.57 g kg-1、2.15 g kg-1。[结论]本研究结果可为适度规模养殖场的畜禽粪便进行堆肥处理提供一定的理论依据。     

根际生命共同体：协调资源、环境和粮食安全的学术思路与交叉创新

植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而,当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题,本文提出"根际生命共同体(Rhizobiont)"学术思路,围绕"根际互作与养分高效"这一重大科学命题,构建"植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物"根际生命共同体理论体系,突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制,阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制,建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径,开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域,根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题,支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容,尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。     

基于文献计量分析的镰刀菌枯萎病研究进展解析

镰刀菌枯萎病是一种由尖孢镰刀菌引起的、毁灭性极强的真菌作物病害,为探索镰刀菌枯萎病的相关研究进展及热点,对尖孢镰刀菌枯萎病进行了引文分析。以"Fusarium wilt"(镰刀菌枯萎病)进行主题搜索,在ISI Web of Science数据库核心集搜索1985—2019年的相关文献共4 873篇,采用CiteSpace可视化软件进行引文分析,通过合作、共现、共被引等网络分析,研究镰刀菌枯萎病的研究热点和前沿趋势。根据发文量统计分析发现:美国、中国和印度在本领域发文量排名前三位,而中介中心性指标分析则表明荷兰、美国和印度文献重要性位列三甲,我国位居前10并表现出积极上升趋势。引文分析的关键词突发性检测发现"induction(诱导)"、"geneticdiversity(遗传多样性)"、"pathogenicity(致病性)"是近十年的重要热点;文献共被引聚类分析表明解淀粉芽孢杆菌、系统抗性、非致病性尖孢镰刀菌等方面为本领域的研究前沿。随着枯萎病研究层次的不断深入,未来研究将会集中在微生物防控、抗病育种、根系-病原菌-有益菌互作机制等方向;此外,多组学技术的应用必将有利于解析镰刀菌枯萎病发病机制,为镰刀菌枯萎病基础研究与防控应用提供理论和技术支持。     

土壤原生动物——研究方法及其在土传病害防控中的作用

原生动物是原生生物的一种,是土壤食物网中的消费者,能捕食细菌和真菌等其他微生物。除了对土壤微生物群落和物质循环产生重要影响外,根际原生动物与细菌、真菌等土壤微生物共同组成生物网络屏障,并在抵御土传病原菌入侵作物根系的过程中发挥着重要作用。然而,相对于根际有益细菌和有益真菌,国内外关于原生动物防控土传病害的效果及作用机制的研究非常有限。本文梳理了土壤原生动物在土传病害防控中的效果、作用机制及其相关研究方法,并对未来原生动物的研究和应用作出了展望。呼吁更多学者关注土壤原生动物及其在生态系统中的功能,挖掘其在土壤健康和农业可持续发展中的重要价值。     

生物质炭载体联合有益菌防控番茄土传青枯病的效果研究

土传青枯病是由青枯菌（Ralstonia solanacearum）引起的一种细菌性病害。根际有益细菌在青枯病的防控中发挥着重要作用,其在根际有效定殖是发挥生防作用的前提。以玉米秸秆、木块（松木）和稻壳为原料制成的3种生物质炭为有益菌Bacillus amyloliquefaciens T-5的载体,探究生物质炭对有益菌防控番茄土传青枯病效果的影响,并利用室内模拟试验探究生物质炭对青枯菌的吸附、固持以及对根系分泌物的吸附作用,旨在阐述施用生物质炭提升有益菌T-5抑制病原青枯菌能力的可能机制。温室试验结果表明：单独施用3种生物质炭均显著降低青枯病的发病率和根际青枯菌的数量,其中具有高比表面积的木块生物质炭的防控效率达到60.56%。3种生物质炭作为有益菌T-5的载体均能够显著提升有益菌T-5的根际定殖数量及其防病效率,其中木块生物质炭的提升效果最好。与仅接种青枯菌的对照相比,木块生物质炭与有益菌T-5组合处理的根际青枯菌数量降幅达97.42%;与单独有益菌T-5处理相比,有益菌T-5以木块生物质炭为载体使其根际定殖数量提高了5.71倍。进一步研究发现,木块生物质炭能够有效吸附青枯菌,吸附...     

降解玉米秸秆真菌复合菌系的构建及其降解效果评价

  【目的】  秸秆的木质纤维素含量丰富、结构复杂，在自然界中降解较慢，增加秸秆降解菌剂中菌株的多样性有利于提升还田秸秆的降解效果。探究菌株多样性水平和组成影响复合菌系秸秆降解的效果及原因，为复合菌系在秸秆降解中的应用提供理论支撑。  【方法】  通过富集驯化培养，从玉米秸秆还田土壤中筛选具有秸秆降解能力的真菌，从中挑选5株高效秸秆降解真菌进行基因间隔区序列 (ITS) 测定和物种鉴定，明确其分类地位。通过全组合构建菌株多样性为1～5的复合菌系，分别检测复合菌系的秸秆相对降解率及其滤纸酶、纤维素内切酶和木聚糖酶活性，利用方差分析和相关性分析等方法研究菌株多样性和组成对复合菌系玉米秸秆降解效果及其纤维素酶活性的影响。  【结果】  共筛选获得了15株具有秸秆降解能力的真菌，其中5株真菌的秸秆降解效果好、纤维素水解能力强。经ITS序列鉴定和系统发育分析，发现5株降解真菌的遗传差异较大，Z7-6、F7-5、F4-3、L1-1和J2-5分别与草酸青霉 (Z7-6: Penicillium oxalicum)、烟曲霉 (F7-5: Aspergillus fumigatus)、哈茨木霉 (F4-3: Trichoderma harzianum)、白囊耙齿菌 (L1-1: Irpex lacteus) 和木贼镰刀菌 (J2-5: Fusarium equiseti) 的ITS序列相似度均超过99.95%。全组合复配结果表明，复合菌系的秸秆降解能力和纤维素酶活力均高于各单一菌株，且随着菌株多样性水平的增加而提高。滤纸酶、纤维素内切酶和木聚糖酶的活力越强，复合菌系对玉米秸秆的降解效果越好，而其秸秆相对降解率主要取决于滤纸酶和纤维素内切酶的活性。抽样效应分析发现，不同菌株对复合菌系的秸秆降解效果、滤纸酶和纤维素内切酶活性的影响不同。不含菌株F7-5的复合菌系降解效果显著优于含有该菌株的组合，以Z7-6 (P. oxalicum)、F4-3 (T. harzianum)、L1-1 (I. lacteus) 和J2-5 (F. equiseti) 组合F1的玉米秸秆降解效果最佳、酶活性最高。  【结论】  秸秆降解复合菌系的构建过程需要同时考虑多样性效应和抽样效应，增加降解菌的多样性有助于增强秸秆的降解效果。本研究筛选获得的复合菌系F1在玉米秸秆降解中具有潜在的应用前景。