粮食作物养分管理与农业绿色发展

正以消耗有限的资源为代价生产足够的粮食,满足日益增长的人口需求,并保证环境安全是人类21世纪面临的重大挑战~([1])。我国是世界粮食作物主要产区,小麦、玉米和水稻总产量分别占全球的18%、22%和28%~([2])。为支撑粮食生产,消耗了大量养分资源。2014年我国三大粮食作物生产氮磷钾养分消耗分别为1 508、573和374万吨~([3])。总体上看,我国养分资源     

一次性施肥技术实现三大粮食作物轻简化绿色生产

正保证粮食增产的同时协同提高养分利用效率和减少环境污染,是21世纪世界农业发展面临的巨大挑战~([1-2]),也是当前国际农业科学界高度关注的重大科学问题~([3])。作为世界上最大的发展中国家,我国用占世界9%的耕地养活了世界上21%的人口~([4]),保证粮食安全决定了农业在我国国民经济中的首要地位。玉米、小麦和水稻三大粮食作物常年的总播种面积和总产量占全部粮食作物的80%和90%以上~([5]),在保障我国粮食安全中具有重要的地位和作用。未来农业的可持续     

裂褶菌对玉米秸秆木质纤维素的降解作用

采用固体发酵工艺,通过测定玉米秸秆中木质纤维素的含量及发酵后玉米秸秆结构的变化,探究裂褶菌对玉米秸秆中木质纤维素的降解作用,并用气质联相色谱(GC/MS)对木质纤维素的降解产物进行分析。结果表明:裂褶菌可产生4种与木质纤维素降解相关的酶(纤维素酶、木聚糖酶、木素过氧化物酶和锰过氧化物酶),且在发酵48~72 h 4种酶活力均可达到最高值。扫描电镜、X射线衍射及傅里叶红外光谱结果显示,裂褶菌固体发酵对玉米秸秆表面结构、结晶度及基团均有显著影响。此外,GC/MS结果也证实,裂褶菌降解后的玉米秸秆产物中出现了小分子芳香族化合物、烃类、棕榈酸等产物。以上结果表明,裂褶菌对玉米秸秆木质纤维素具有较强的降解能力。     

微生物转化玉米秸秆用于饲料生产的研究

为开辟新的饲料资源,在采用混合酶液对玉米秸秆进行初步酶解的基础上,进一步接种混合菌进行固态发酵.接种15 d测定发现,秸秆中木质纤维素各成分降解显著,其中木质素含量由开始的16.8％降至7.3％,纤维素、半纤维素含量也分别由最初的27.2％、39.0％降至13.4％、16.1％;同时固体基质中蛋白质、还原糖含量迅猛提升...     

多重荧光标记结合拉曼光谱原位研究多粘芽胞杆菌降解秸秆的生物膜特征

利用多粘芽胞杆菌（Paenibacillus polymyxa SYX-1）快速降解稻草秸秆,用多重荧光标记技术进行标记,共聚焦激光显微镜观察（CLSM）并结合激光拉曼光谱（Raman）,原位研究纤维素降解过程中形成的生物膜特征,进一步探究植物纤维的酶解机制。共聚焦激光扫描跟踪结果表明：在0~13 d的降解过程中,SYX-1菌株定殖的稻草秸秆表面物质成分呈复杂化趋势,表明在秸秆表面有良好的生物膜形成;拉曼光谱结果显示SYX-1菌株对稻草秸秆的降解主要发生在拉曼强度1580~1590 cm-1处,证实了相关秸秆纤维素降解酶主要以β-折叠构象和无规卷曲构象共存。多重荧光标记技术和拉曼光谱手段相结合,可以作为深入研究纤维素降解过程中生物膜的形成特征及探究植物纤维酶解机制的有效手段。     

农作物秸秆木质纤维素生物降解酶及降解菌的研究进展

作为农业副产品,农作物秸秆是一种重要的可再生资源。研究表明,农作物秸秆的主要成分是木质纤维素,而某些细菌和真菌生产的酶具有较好的生物化学性质,可用于木质纤维素的降解。本研究阐述了木质纤维素降解酶的种类和降解机理,综述了水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆的降解微生物种类。同时,本研究分析了当前单一菌株和复合菌系的在商业化利用上的不足,展望了未来的发展方向。本研究将为筛选新型优质木质纤维素降解菌和开发纤维素降解菌用于农业秸秆的资源化利用提供依据。     

一株高效降解麦秸木质素菌株的筛选及效能评价

为通过筛选为秸秆木质素的预处理及秸秆高值化利用提供一种相对温和且高效的微生物处理方法,并系统评价目的菌株对小麦秸秆木质素的降解效果,进而推动秸秆类木质纤维素生物质资源的高效转化及利用。本研究以小麦秸秆为原料,通过愈创木酚及苯胺蓝显色法进行初筛,选取在培养基上同时具有氧化圈及褪色圈的菌株,对筛选的菌株进行产酶历程分析,对预处理前后小麦秸秆的成分进行分析并采用扫描电镜进行表征,通过酶解糖化分析进一步验证菌株的木质素降解效能。经筛选获得一株能够有效降解小麦秸秆木质素的枝顶孢属真菌（Xenoacremonium sp.）,其发酵液漆酶活力为2.1 U/mL,木素过氧化物酶活力为1.6 U/mL,锰过氧化物酶活力为1.9 U/mL;在固液比1:3,120 r/min,28℃条件下,10 d后对小麦秸秆木质素降解效率可达44.53%,同时纤维素及半纤维含量分别提高了8.34%和23.93%;通过扫描电镜观察可以发现,经枝顶孢属真菌预处理后,小麦秸秆致密有序的表面明显被破坏,产生褶皱,结构出现了断裂、粗糙、空穴的现象;枝顶孢属真菌预处理的小麦秸秆,经纤维素酶及木聚糖酶水解后葡萄糖含量可达64 mmo...     

参与玉米秸杆降解的真菌类型研究

为了研究玉米秸秆降解过程中真菌活动规律,采集正在腐烂的玉米秸秆,通过平板分离、透明圈平板筛选及纤维素酶、木质素酶、果胶酶活性测定,记录菌体类型及酶活状况。结果表明,19种真菌参与其降解过程,其中纤维素降解菌11种,木质素降解菌9种,同时发现3种菌具有果胶降解能力且菌株酶活较高。说明在纤维素酶产生菌、木质素酶产生菌联合作用于秸秆降解的同时,果胶降解菌群也是秸秆降解菌的重要组成之一。     

秸秆粗饲料中粗纤维结构层次的研究

通过酶解实验提出秸秆粗饲料中的粗纤维成分分为两个结构层次,即粗纤维中易被酶水解的是游离型半纤维素和纤维素,难以被酶水解的是与木质素键合的结合型半纤维素和纤维素。试验结果表明,棉花秸秆中半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的80.98%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的19.31%;玉米秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的60.23%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的44.36%;小麦秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的46.20%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的43.04%;水稻秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的47.60%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的51.80%。这可能是造成粗饲料消化代谢率低的主要原因。     

玉米秸秆纤维素降解菌的分离及发酵条件优化

[目的]研究玉米秸秆纤维素降解茵的分离与产酶条件。[方法]从富含腐烂玉米秸秆的土壤中分离筛选到1株能降解纤维素的真菌C01,经形态观察和ITS序列分析,初步鉴定该菌种,并对该菌产酶条件进行优化。[结果]玉米秸秆纤维素降解真菌最佳接种种龄5d,培养液初始pH为5,接种量12％;培养时间5d的优化条件下,酶活力达1．76IU／ml。该菌株对玉米秸秆降解效果较好,优化条件下,7d降解率达66．8％。[结论]该研究可为提高玉米秸秆的利用率提供优质的菌种资源。     

综合农艺管理推动玉米缩差增效

正当前,世界粮食单产徘徊不前,现有耕地粮食产量难以保障持续增长的刚性需求。据预测,粮食总产需增加70%—100%,才能满足2050年的世界粮食需求~([1-2]),未来粮食增产和环境安全将主要依靠单产和资源效率的协同提升~([3])。缩小不同作物种植系统的单产差距,是进一步提高单产的主攻方向。准确定量作物产量和效率潜力以及产量与效率差异特征,确定产量差、效率差形成的主控因子,对主要粮食作物可持续增产具有重要作用~([4])。     

红侧耳双核菌株降解稻草木质纤维素研究

【目的】深入研究红侧耳双核菌株降解稻草的过程,为开发利用富含木质纤维素的秸秆资源奠定基础。【方法】对BS02、BS09、BS15和BS17等4株红侧耳双核菌株降解稻草过程中,纤维素酶、MnP酶、LiP酶和漆酶的酶活及木质素与纤维素降解率、粗蛋白含量和稻草表面结构的变化等指标进行了测定与分析。【结果】4株红侧耳双核菌株酶活的变化与其对稻草木质纤维素的降解率之间具有一定的相关性,BS17的纤维素酶活、纤维素降解率和粗蛋白产率较高,BS09的MnP、LiP酶活和木质素降解率较高,BS15的漆酶酶活较高。利用扫描电子显微镜对降解稻草秸秆的表面结构进行观察,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。【结论】红侧耳在农作物秸秆的综合利用方面具有良好的应用前景。     

浅谈阜蒙县耕地轮作可行性办法

近年来,我国粮食产量"十一连增",农民收入增长"十一连快"~([1])。然而在粮食连年增产的同时,我国也面临着资源环境的多重挑战,我国用全球8%的耕地生产了全球21%的粮食,但同时化肥消耗量占全球35%,粮食生产带来的水土流失、地下水严重超采、土壤退化、面源污染加重已成为制约农业可持续发展的突出矛盾~([2-3])。阜蒙县是辽宁省的产粮大县,地区玉米种植面积较大。在长期的农业种植过程中,由于农作物品单一,连续多年种植,导致土壤结构和理化性质发生了显著的改变,基于此,阜蒙县最近几年积极探索耕地轮作和休耕制度,并取得了突出的成就。本文主要结合实际情况,就阜蒙县耕地轮作可行性办法进行了分析,希望通过本次研究对同行有所助益。     

油用向日葵杂交种龙葵杂11的选育及配套栽培技术

<正>向日葵是世界上继大豆、油菜和花生之后排名第四的油料作物~([1])。2017年全球向日葵种植面积超过2 653.4万hm~2,总产量达到4 786.3万t~([2])。向日葵对干旱、盐碱等非生物胁迫均具有一定的耐性,适宜在贫瘠旱地或轻度盐碱地上大面积种植,是利用和改良中低产田的优良作物。黑龙江省农业科学院经济作物研究所向日葵学科组建于1979年,选育的"龙葵杂"系列油用向日葵杂交种先后在黑龙江、吉林、辽宁、河北、山西等省份的向日葵产区进行了示范、推广,对发展相关地区向日葵生产起到了积极的作用~([3-8])。为适应向日葵产业不断发展的需求,育成了具有高产、优质、适应广泛、综合性状优良的油葵杂交种龙葵杂11。     

一组小麦秸秆好氧分解菌复合系的酶学特性研究

为加快小麦秸秆木质纤维素酶解,提高小麦秸秆资源的利用率,探讨了一组小麦秸秆好氧分解菌复合系的酶活表达特性。该复合系能高效的分解秸秆,对纤维素的分解率达到80.0%,利用DNS法测定该复合系分泌的酶的酶活性。研究表明,在复合系分解的0~10 d内,0.78 g纤维素被分解,0.16 g半纤维素被分解;复合系分泌的酶是一组能够降解不同底物的酶复合系;复合系的最高纤维素酶活性(内切酶、外切酶、β-糖苷酶和总纤维素酶)为0.17 U/mL;最高木聚糖酶活性出现在第2天,其数值达到2.82 U/mL;最适木聚糖酶反应温度为50℃,最高耐受温度是60℃,最适木聚糖酶反应pH为7,pH≤5对酶活性产生强烈抑制;酶反应时间6~20 min时,酶活性急剧下降,以后至酶反应时间120 min时,酶活性下降缓慢。第3天的0.5 mL离心上清液在最适酶反应条件下酶解2h后,木聚糖底物被酶解6.76 mg,转化率为33.8%。     

促进草酸青霉降解秸秆的表面活性剂效果研究

为了提高秸秆降解效率,本文探究了不同种类表面活性剂对秸秆降解菌降解秸秆的作用,并筛选出效果最佳的表面活性剂。首先筛选获得一株降解玉米秸秆能力较强的菌株——草酸青霉Z7-6;其次在液体发酵条件下,考察4种表面活性剂（两个浓度）对草酸青霉Z7-6降解玉米秸秆效果及产纤维素类酶的影响;最终通过固体发酵验证表面活性剂的效果。结...     

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。     

浅析黑龙江农作物秸秆资源综合利用

<正>随着农业科技化进程的加快和资源短缺形势的严峻,提高农作物秸秆利用率成为提高农业科技化程度、应对资源不足的必然要求。黑龙江省作为粮食生产大省,若将丰富的农作物秸秆资源加以充分利用,使其发挥巨大的经济价值和能源价值,对加快农业经济的发展和农业技术的进步有着重要的意义。一、黑龙江省农作物秸秆资源介绍黑龙江省作为我国粮食的主要产区,粮食产量多年来位居全国首位,每年的粮食总产量高达1200多亿斤,其中玉米、大豆等主要农作物占粮食总产量的95%左右。黑龙江省每年产生的农作物秸秆资源十分丰富,将这部分可回收资源利用好,其带来的经济效益和生态效益非常可观。     

基于发酵产氢的玉米秸秆酶解条件响应面优化

利用3因素5水平的中心组合试验设计优化了玉米秸秆的纤维素酶水解条件,以提高纤维素氢气的产量。结果表明,酶解温度、pH和酶用量对氢气产量具有显著影响。在酶解温度51.8℃,pH 4.84、酶用量9.00 FPU/g TS条件下,氢气产量达到208.1 mL/g TVS。通过分析玉米秸秆在降解过程中的成分变化,发现玉米秸秆经水解后纤维素和半纤维素被降解,产氢菌主要利用其产生的可溶性糖发酵产氢,且混合产氢菌也具有直接降解纤维素发酵产氢的能力。     

油菜秸秆降解菌群的筛选及降解特性研究

[目的]筛选降解油菜秸秆的最优菌群,并研究其降解特性。[方法]通过刚果红平板法、苯胺兰平板法及纤维素酶、木质素酶产酶试验考察了6个菌群的油菜秸秆降解能力。[结果]腐烂秸秆土菌群生长最快,具有最大的生长量,木质素酶活性最高,纤维素酶活性达到了924 U/ml。腐烂秸秆土菌群固态发酵降解油菜秸秆14 d,对油菜秸秆、纤维素、木质素降解率为71%、82%、53%。前12 d对油菜秸秆、纤维素、木质素的降解量分别占各自总降解量的86.05%、93.35%、93.15%。[结论]腐烂秸秆土菌群为降解油菜秸秆最优菌群,并且在降解的前12 d为高效降解阶段。