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。     

低温复合菌系对玉米秸秆与牛粪堆肥的影响

玉米秸秆与牛粪混合堆肥是实现秸秆与粪便资源化利用的有效途径之一。将本实验室筛选的一组低温复合菌系接入堆肥中,研究结果表明:在8℃低温条件下,秸秆用量大时升温快、温度高,处理1与处理2堆温在第4 d和第3 d分别为50.8和53.4℃,最高温度分别达到58.4、64.8℃,50℃以上持续了6 d,而不加复合菌系的对照,最高温度为40.9℃,未达到堆肥无害化要求。堆肥结束时,处理1、处理2和对照有机质含量较初始时分别下降了37.54%、33.58%、13.50%;全碳含量分别为26.05%、27.80%、36.55%,较初始分别下降了43.18%、41.54%和19.69%;C/N分别下降了42.83%、41.54%和14.95%;处理1处理2纤维素降解率分别达到37.54%、32.80%,较对照分别提高2.24倍、1.83倍。表明本实验室筛选的低温复合菌系能够使堆肥快速升温,缩短堆肥周期,促进堆肥的腐熟。     

水稻秸秆降解复合菌系的筛选构建及其田间应用效果

[目的]筛选并构建适宜原位还田水稻秸秆快速腐解的高效多功能复合菌系,以提高秸秆原位还田的腐解速率.[方法]秸秆原位腐解菌株从水稻田带有腐烂秸秆的表层土壤中筛选分离,分别采用DNS法、摇瓶培养观察法和失重法测定了腐解菌株的羧甲基纤维素酶活性、滤纸崩解能力及水稻秸秆降解能力,对降解效果较好的菌株进行了16S rRNA或18...     

堆肥中纤维素降解菌的筛选及复配菌降解性能研究

为加快堆肥过程中秸秆纤维素的降解速率,本研究从玉米秸秆堆肥中分离纤维素分解菌,并通过测定羧甲基纤维素酶(CMCase)活力、滤纸条崩解能力及兼容性,筛选出优良菌株,进而构建复合菌系,并对降解性能进行评价。结果共获得29株纤维素分解菌,对其中的高效菌株进行配伍,构建了6组复合菌系。除复合菌系F外,其他复合菌系的滤纸酶活力均显著高于单一菌株(P<0.05),尤以复合菌系B(xw1、xw3、xw8)、D(xw16、xw21、xw31)的酶活力最高,分别为22.8、20.4 U·mL^-1,比其中的最强单菌株xw3、xw21高出58.3%、68.6%,且所产酶具有耐高温(40～55℃)性。复合菌系B、D培养5 d可将滤纸条崩解为糊状,10 d内对秸秆的降解率达24.5%、21.9%,较单菌株xw8、xw31增加9.4和4.7个百分点。经16S rDNA分子鉴定,复合菌系B由微杆菌属(Microbacterium sp.)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus sp.)组成,复合菌系D由芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、类芽孢杆菌属(Paenibacillu ...     

低温纤维素降解菌假裸囊菌SDF-LT的分离、鉴定及其对玉米秸秆降解特性的研究

为筛选低温高效纤维素降解真菌,从河北省石家庄、邢台、唐山等地区的小麦-玉米轮作农田采集土壤39份作为分离样品。在10℃条件下,采用纤维素钠-刚果红培养基测定菌株透明圈大小;测定滤纸酶活性进行酶活性比较,最终筛选得到1株低温高效纤维素降解真菌SDF-LT,根据菌株形态学和ITS序列分析鉴定为假裸囊菌(Pseudogymnoascus)。采用自然低温条件下沙袋法测定菌株SDF-LT的秸秆降解能力,发现接种该菌株的玉米秸秆降解率在80 d时为42.67%,显著高于市售秸秆降解菌剂和空白对照。80 d时SDF-LT处理的玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量最少,分别为26.79%、28.52%、4.41%,显著低于常温秸秆降解菌剂和空白对照;采用扫描电镜观察秸秆的纤维结构发现,SDF-LT处理的秸秆纤维束结构断裂,纤维结构高度破坏。筛得的菌株SDF-LT为玉米秸秆的降解提供了菌种资源。     

菌酶共降解玉米秸秆的工艺研究

该文研究玉米秸秆菌酶共降解工艺,利用黄孢原毛平革菌固体发酵去除部分木质素,再添加外源纤维素酶、木聚糖酶降解纤维素和半纤维素.黄孢原毛平革菌培养12 d时木素过氧化物酶(LiP)酶活达到最大值11.3 u/g,15d时漆酶(Lac)酶活达到最大值0.0992 u/g,秸秆降解集中在10～20 d,第25d时菌解结束,干基总损失率为18.94%;再经过6 d的酶解,纤维素、半纤维素的相对含量分别从27.1%、20.3%下降到13.1%、11.9%.玉米秸秆经菌酶共降解,木质素、纤维素、半纤维素的降解率分别达到67.0%、60.4%、33.0%,每克秸秆还原糖含量达0.507 g.结果表明,菌酶共降解为玉米秸秆的生物利用提供了一种新方法.     

高效纤维素降解菌的筛选及复合菌系的构建

本研究旨在筛选高效纤维素降解菌,组建复合菌系,用于堆肥接种剂的开发。通过纤维素刚果红选择性培养基,从腐殖土、堆肥样品中分离高效纤维素降解常温菌和耐高温菌。经过羧甲基纤维素酶活(carboxymethyl cellulase,CMCase)、滤纸条崩解能力、对稻杆及苦参(Sophora flavescens Ait.)残渣在液态和固态发酵条件下的降解能力测定逐级淘汰,筛选高效菌株组建复合菌系。研究结果表明,通过拮抗作用、单一菌株在复合菌系中作用测定,最终构建了由3株细菌(弗留明拜叶林克氏菌(Beijerinckia fluminensis)、微杆菌(Microbacterium sp.)和芽胞杆菌(Bacillus sp.)),1株链霉菌(Streptomyces sp.)和1株毛壳菌(Chaetomium sp.)组成的木质纤维素降解高效复合菌系。供试菌株在液态发酵条件下对稻杆和苦参残渣的降解效果明显强于固态发酵,稻杆比苦参残渣更容易被大多数微生物降解,供试真菌在稻杆和苦参残渣的降解中普遍表现出较高的降解效果。筛选得到弗留明拜叶林克氏菌XM-3可以在48 h内将滤纸条完全崩解,复合菌系在固态发酵20 d后对苦参残渣和稻秆的降解率分别达到31.4%和63.1%。本研究对堆肥接种剂的开发具有参考和借鉴意义。     

氧浓度对复合菌系MC1纤维素降解能力的影响

堆肥系统内氧浓度一直是影响堆肥进程的重要因子,它决定了堆肥系统中微生物活动的强弱,从而影响堆肥中复杂有机物的分解速率.该文研究了氧浓度对纤维素降解复合菌系MC1功能的影响.通过不同封口方式与不同大小容器培养实验,揭示静置培养条件下复合菌系MC1在纤维素降解过程中,氧浓度对该复合菌系分解纤维素能力的影响.得出复合菌系MC1在微耗氧条件下(＜0.05 mg/L)分解纤维素,分解纤维素最佳的氧浓度范围在0.01～0.02 mg/L,氧浓度过高或过低均不利于纤维素的分解.特定氧浓度有利于复合菌系MC1执行分解功能.     

复合系WSC-6的菌种组成特性及其木质纤维素分解能力

利用平板分离法与变性梯度凝胶电泳(DGGE)法研究了高效分解木质纤维素的微生物复合系WSC-6的菌种组成,平板法分离得到了9株好气性的细菌,它们与Pseudoxanthomonas taiwanensis、Tepidiphilus margaritifer、Bacillus sp. E53-10、Proteobacterium S072、Beta proteobacterium HMD444、Rhizobiaceae str. M100、Petrobacter succinimandens BON4、Bacillus thermoamylovorans、Paenibacillus sp. SAFN-016的相似率分别达到了97.5％,99.0％,98.4％,100％,98.9％,99.3％,98.1％,99.5％,99.8%。利用DGGE分析表明,复合系中还存在利用平板法难以培养的5株厌氧或者兼性厌氧细菌,它们的16SrDNA V3区的序列与Ureibacillus thermosphaericu、Clostridium thermosuccinogenes、Clostridium thermopalmarium、Uncultured Clostridium sp. clone A1-3、Uncultured bacterium tbr4-24具有很高的相似率。在50℃静置培养条件下,接种3d 后复合系WSC-6可以分解添加稻秆总量的81.3％。好氧菌与厌氧菌共存于复合系中,复合系表现出了高的细菌组成多样性,从而保证了复合系具有强的稳定性和多菌协同分解木质纤维素的能力,明确菌种组成多样性对于研究复合系高效分解木质纤维素的机理意义重大。     

不同土著菌及其复合菌对玉米秸秆降解的影响

为研究一种高效的玉米秸秆降解复合菌,选取了木质素降解优势土著菌密黏褶菌、环状芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、栗褐链霉菌、黄孢原毛平革菌、杂色云芝、绿色木霉、黑曲霉,对各单一菌种对玉米秸秆的降解能力进行了测定,通过菌种间的拮抗试验,将单一菌种进行组合,初步构建了一组木质纤维素降解复合菌。结果表明：在整个35 d的预处理周期中,黑曲霉、绿色木霉对秸秆中纤维素、半纤维素体现了较高的降解能力,黑曲霉、绿色木霉对半纤维素的降解率分别为47.81%、37.53%,对纤维素的降解率分别为38.96%、46.32%;黄孢原毛平革菌、杂色云芝对玉米秸秆中的木质素体现了较强的降解能力,对木质素的降解率分别为43.56%、39.17%;菌种拮抗试验表明该试验所选用的真菌、放线菌及细菌之间无拮抗反应,可以进行混合培养;对复合菌预处理前后的玉米秸秆微观结构进行扫描电镜分析,发现在降解过程中复合菌对木质纤维素的结构产生了破坏作用,提高了木质纤维素的可及性;木质素、纤维素、半纤维素的含量在整个发酵过程中都在逐渐减少,发酵结束时复合菌对半纤维素的降解率最高达到48.53%,纤维素的降解率为36.38%,木质素的降解率为40.11%,在提高木质素降解率的同时减少了纤维素消耗。该研究为秸秆类生物质降解及利用提供了参考依据。