玉米秸秆低温降解复合菌系降解能力及微生物组成研究

根据还田秸秆配施尿素的生产实际,对玉米秸秆低温高效降解复合菌系GF-20进行氮源培养基驯化,探明其菌种组成和功能多样性及其与菌源菌种结构差异,完善复合菌系筛选方法,促进其开发利用。本文以低温高效降解复合菌系GF-20为研究对象,在硫酸铵和尿素不同配比下连续继代培养10代,获得不同氮源菌系(硫酸铵处理N1,硫酸铵和尿素混合处理N2-N5,尿素处理N6),测定其玉米秸秆降解率,评价复合菌系秸秆降解效率;采用MiSeq高通量测序对菌源土壤样品及不同氮源下继代培养的复合菌系菌种组成和功能多样性进行研究。结果显示N2处理玉米秸秆降解率显著高于其他处理;菌源土壤的Alpha多样性指数显著高于继代培养后的复合菌系,不同处理间N2处理显著高于其他氮处理;菌源和复合菌间以及不同氮处理间菌种组成具有显著差异, N2处理菌种组成多样性较高,菌群结构更加丰富、均匀,且碳水化合物的代谢通路丰度较高。菌源经限制性继代筛选后得到了参与玉米秸秆降解过程的功能菌,能有效提高秸秆降解率,其在硫酸铵和尿素氮源为0.16%+0.04%的条件下,菌系的秸秆降解效率较高,这为复合菌的生产实际开发利用提供了理论依据。     

响应面法优化白腐菌Pleurotus eryngii-Co007产木质素降解酶条件

为提高Pleurotus eryngii-Co007产木质素降解酶能力,考察了初始pH、秸秆浓度、Cu2+浓度、吐温-80含量对其产木质素降解酶的影响.采用单因素试验和响应面分析法的Central Composite进行试验设计,得到Pleurotus eryngii-Co007产木质素降解酶的最佳条件:培养基初始pH...     

木质素降解菌的筛选及其纤维素酶基因克隆表达研究

以高效降解木质素为指标, 进行木质素降解菌的筛选和纤维素酶处理纤维材料的研究.通过测定14株白腐菌菌株在愈创木酚、苯胺兰和鞣酸培养基上生长状况和酶活分泌能力, 得到8株能产生阳性反应的菌株.以木质素和综纤维素失重的比值(SF指数)为指标, 对这几株菌进行复筛, 从中筛选出具有生长优势和强酶分泌能力的菌株平菇10969和侧耳WP1.与黄胞原毛平革菌Phanerochaete chrysosporium RP78和P.chrysosporium BKM-F-1767两株模式菌相比, 白腐菌具有良好的生长优势、强酶系分泌能力和降解的优势.从分离的白腐菌中克隆纤维素酶基因(egl2), 表达蛋白并测定酶活.用粗酶液处理不同的纤维材料, 结果表明, 其还原糖产量为综纤维素(酸解)>菌草(白腐菌处理)>未处理菌草.白腐菌的研究对草质资源的充分利用、污染物的降解、燃料乙醇的开发以及我国生态农业的持续发展等都有着重要意义.     

一株木质素降解菌的筛选鉴定及其在堆肥中的应用

为提高农林废弃物堆肥中木质素的降解效率,促进堆肥腐熟,提高堆肥品质,研究筛选了一株高效木质素降解菌株,并应用于猪粪与枯枝落叶混合堆肥。研究结果表明,筛选菌株YZC3对木质素的降解率达到79.2%,可同时产生木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶,其中锰过氧化物酶活性最强,为16.4 U/mL。经形态学和ITS分子鉴定,确定YZC3其为粉红粘帚霉(Clonostachys rosea strain)。将其应用于堆肥中,可延长高温持续天数6d和二次发酵天数3 d,堆肥结束时T值降为0.59,而对照堆肥为0.86,显著促进了堆肥腐熟。YZC3还有助于提高堆肥产品中腐植酸含量,减少堆肥中全氮的损失,是一种极具应用价值的堆肥菌剂。     

乐果降解酶产生菌的筛选及酶条件的优化

采用室内培养室验方法,从农药长期污染的土样中分离到一株铜绿假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）Ｐ－１,该菌株可以利用乐果为唯一碳源和能源进行生长,生长的最适ｐＨ为７．０～７．５,最适温度为３０～３５℃。在组分为０．３％蛋白胨,,０．０５％牛肉膏,０．０５％乐果,０．５％ＮａＣＬ的培养基中摇床（３５℃,１５０ｔ／ｍｉｎ）培养２４ｈ,可产生最高乐果降酶活性,达到约８ｕ／ｍＬ。     

白灵菇菌丝对不同碳氮源利用的研究

对白灵菇菌丝培养中不同的碳氮源以及合适的碳氮比进行了研究。结果表明,在所试7种碳源、7种氮源和8种不同碳氮比中,白灵菇菌丝生长的最适碳源是麦芽糖和蔗糖,最适氮源是酵母粉和蛋白胨,最适碳氮比是40∶1。     

不同外源碳对AM真菌吸收氮源合成精氨酸的影响

本文意在探究外源碳对丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza, AM）真菌吸收氮源合成精氨酸(Arg)的影响。采用三室隔离盆栽培养系统,以高粱（Sorghum bicolor L. Moench）为宿主植物,接种AM真菌Glomus intraradices,在菌丝室施加4 mmol/L的NH4NO3,同时在根室施加不同形式的碳源,测定分析不同外源碳条件下根外菌丝体（ERM）、菌根和植物茎叶中的Arg含量和总氮含量。结果表明ERM和菌根中的Arg含量远远高于茎叶中;虽然不同形式外源碳提高了AM真菌的ERM干重和菌根侵染率,但是葡萄糖降低了ERM、菌根和茎叶中的Arg含量,蔗糖和甘油对Arg含量没有显著的影响,只有外源Arg和谷氨酰胺（Gln）使ERM中的Arg含量显著增加;不同外源碳对菌根和茎叶的总氮含量没有显著影响。由上述结果分析可知在根室施加外源碳对AM真菌的氮代谢和宿主植物氮素营养水平没有显著影响,Arg合成所需的碳可能大多来自宿主植物供给的碳水化合物;但是施加外源碳能够促进AM真菌的生长繁殖。     

木质素对木质纤维素降解性能的影响

木质素影响木质纤维素降解性能,明确木质素影响木质纤维素降解的程度和机理,对于植物基因改造、纤维素酶基因改造/筛选、预处理工艺优化均具有重大意义。但是由于木质素和木质纤维素结构的复杂性,木质素对木质纤维素影响的程度和机理尚无定论。该文综述了关于目前研究主要集中在木质素的含量和结构对木质纤维素降解性能的影响上,初始木质素含量和残留木质素含量对同物种和不同物种木质纤维素降解性能的影响;木质素单体比例(syringyl units/guaiacyl units)、键连方式、官能团对木质纤维素降解性能的影响;纯化木质素对木质纤维素降解性能的影响。该文为木质素对纤维素降解性能的影响的相关研究工作提供指导。     

木质素酶及其生产菌的筛选育种

木质素酶降解木质纤维素材料中的木质素,使木质素-半纤维素-纤维素结构解体,纤维素得以暴露出来供后续步骤处理。它广泛应用于生物制浆、生物漂白、废水处理等工业过程中。由于近年利用可再生木质纤维素材料用酶法水解生产酒精成了研究热点,因而作为纤维素材料生物转化工艺预处理过程中的关键角色,木质素酶也极大地唤起人们的研究兴趣。本文介绍了木质素与白腐真菌（phanerochaete chrysosporium）木质素降解酶系的特征以及锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶、漆酶等3种木质素酶的催化作用机理,归纳了目前流行的木质素酶产生菌的筛选方法及近年来从自然界筛选木质素酶高产菌的种类,并对产木质素酶野生菌株的诱变育种与基因工程改造的进展进行了阐述。     

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。     

沙化对高寒草地土壤碳、氮、酶活性及细菌多样性的影响

高寒草地沙化是青藏高原生态安全的严峻威胁,研究沙化过程中土壤碳氮和微生物变化有助于揭示驱动高寒草地沙化演替的生物学机制.以川西北沙化高寒草地为研究对象,分析了未沙化、轻度沙化、中度沙化和重度沙化程度下土壤碳氮、酶活性以及细菌多样性的变化.结果表明:中度和重度沙化显著降低了土壤有机碳、溶解性有机碳、微生物量碳、全氮、可溶...     

杉木人工林凋落物添加与去除对土壤碳氮及酶活性的影响

为了解未来气候变化过程中森林生产力增加的背景下,凋落物增加如何影响土壤碳氮过程,本研究在杉木人工林中通过模拟实验研究了凋落物添加（Litter addition）（一倍）与去除(Litter exclusion)对土壤中碳氮、碳氮同位素（δ13C、δ15N）、微生物量碳氮（MBC、MBN）、及酶活性的影响。研究结果表明,凋落物添加后导致土壤中氮获得酶（β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶）活性显著上升,加速对土壤中有机质的分解获取氮素,这可能是由于凋落物添加后导致植物细根生物量增加,增强了植物吸收氮素的能力,从而使土壤中可溶性有机氮（DON）、铵态氮、硝态氮含量下降,迫使微生物分泌更多的氮获得酶去获取氮素;凋落物添加与去除处理对土壤碳的影响较小,土壤中SOC、DOC均未发生显著变化;土壤中δ13C丰度与凋落物处理之间未呈现出相关规律性,而δ15N丰度在凋落物添加处理后显著上升。这些结果说明,凋落物处理对杉木林土壤中氮的影响较为敏感,对土壤碳的影响较小。因此,未来气候变化导致森林生产力提高、凋落物输入增加,可能会导致土壤中氮素的损失,迫使土壤微生物分泌更多的氮获得酶同植物竞争土壤氮,最终可能会造成土壤碳氮循环的不平衡,对整个生态系统造成严重影响。     

模拟氮沉降对湿性常绿阔叶次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响

为了研究氮沉降对次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响,以华西雨屏区湿性常绿阔叶次生林为对象,从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验,分别设置对照(CK,+0 g/(m^2·a))、低氮(LN,+5 g/(m^2·a))和高氮(HN,+15 g/(m^2·a))3个氮添加水平。在氮沉降进行27个月后,按照腐殖质层和淋溶层表层进行取样,测定不同土层土壤总有机碳(TOC)、可浸提溶解性有机碳(EDOC)、易氧化碳(ROC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_3^-—N)和铵态氮(NH_4^+—N)含量以及蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性。结果表明:模拟氮沉降显著增加该次生林腐殖质层土壤的TOC和NH_4^+—N含量,显著增加腐殖质层和淋溶层表层土壤的NO_3^-—N含量,腐殖质层土壤C/N显著升高。淋溶层表层土壤TOC、NH_4^+—N、C/N以及2层土壤的EDOC、ROC、TN和NH_4^+—N/NO_3^-—N均无显著影响。2层土壤的多酚氧化酶活性均随着氮添加量的升高而降低,其中淋溶层表层达到显著差异。模拟氮沉降对蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均无显著影响。腐殖质层中,NH_4^+—N和NO_3^-—N含量与TOC含量存在极显著正相关关系。2层土壤的多酚氧化酶活性均与NO_3^-—N含量呈极显著负相关。结果说明,模拟氮沉降使该次生林中原本较高的腐殖质层土壤TOC含量进一步显著增加,并且促进土壤无机氮的积累,而模拟氮沉降对多酚氧化酶的抑制作用更加有利于土壤有机质的积累。     

麦秸还田下水氮管理对稻田土壤养分、酶活性及碳库的短期影响

为揭示麦秸还田下,稻麦轮作区水氮耦合关系,通过大田试验,研究了麦秸还田条件下,不同的水分管理(淹水灌溉、浅湿调控灌溉、常规灌溉)和氮肥量(180、225、270 kg·hm~(-2))对稻田土壤养分、土壤酶活性及土壤碳库的短期影响。结果表明,在相同水分管理下,随着施氮量的增加,稻田土壤有机质、全氮、速效钾、易氧化有机碳含量、蔗糖酶、过氧化氢酶活性以及水稻产量均呈先升高后降低趋势。与常规灌溉相比,当施氮量为180 kg·hm~(-2)时,浅湿调控灌溉可以显著提高稻田土壤全氮、铵态氮、硝态氮含量,淹水灌溉显著降低了土壤易氧化、水溶性有机碳含量和蔗糖酶、过氧化氢酶活性;当施氮量为225kg·hm~(-2)和270kg·hm~(-2)时,浅湿调控灌溉可以显著提高土壤全氮含量和水稻产量,淹水灌溉显著降低了水溶性有机碳、过氧化氢酶活性。因此,在麦秸还田条件下,与其他处理相比,浅湿调控灌溉和施氮量为225 kg·hm~(-2)的处理在短期内对提高土壤养分含量、增加土壤酶活性、碳库含量和水稻产量具有显著优势。本研究为该地区制定合理、高效的水肥管理措施提供了科学依据。     

基于C、N同位素技术的河流食物网基础碳源研究进展

基础碳源是河流生态系统最重要的特征之一,它通过生物间能量传递,影响着河流生态系统生物多样性、群落结构及其稳定性。本文基于稳定性同位素技术综述了河流基础碳源类型、食物网能量贡献率估算模型、食物网基础碳源理论模型(河流生产力模型RPM、河流连续模型RCC和河流脉冲模型FPC)及其交互作用以及它们在实际应用上的利弊,介绍了能较好平衡各种模型利弊、适应于多样化水文特征的河流生态系统综合体(RES)新假说,并展望了稳定性同位素技术与非致命取样方法相结合建立长期河流同位素数据库的重要意义,旨在推动对河流生态系统中不同生物之间营养关系的理解,为河流生态系统的修复与保护提供理论依据。     

亚热带3种森林对土壤碳氮储量及酶活性的影响

[目的]探明森林类型对土壤碳氮含量和酶活性的影响,为亚热带针叶林改造过程中的树种选择和营林方式选择提供科学依据。[方法]研究相同海拔高度和相近环境条件下的亚热带常绿阔叶林(米槠林)、常绿—落叶阔叶混交林(闽桦—闽楠林)和针叶林(马尾松林)3种森林类型对土壤碳氮储量和酶活性的影响。[结果](1)马尾松林的土壤总有机碳含量显著高于其他两种林分类型,土壤全氮含量与闽桦—闽楠林无显著差异,但二者均显著高于米槠林,马尾松林和闽桦—闽楠林的土壤氮储量和碳储量显著高于米槠林;马尾松林和闽桦—闽楠林的土壤可溶性有机碳含量显著高于米槠林。马尾松林的土壤可溶性有机氮含量显著小于米槠林和闽桦—闽楠林,米槠林和马尾松林的土壤微生物量碳氮含量均显著高于闽桦—闽楠林,3种林分的土壤铵态氮含量无显著差异,而闽桦—闽楠林的土壤硝态氮含量显著高于其他两种林分;(2)米槠林的土壤脲酶活性显著高于闽桦—闽楠林。3种林分的土壤蔗糖酶活性差异显著,表现为：马尾松林>米槠林>闽桦—闽楠林,马尾松林和米槠林的土壤过氧化氢酶活性均显著高于闽桦—闽楠林。3种林分的土壤磷酸酶活性无显著差异,马尾松林的土壤β-葡糖糖苷酶活性显...     

红壤区林下侵蚀劣地土壤碳氮及球囊霉素对接种AM真菌的响应

南方红壤区林下侵蚀劣地近地表植被覆盖度低,导致林下水土流失严重.接种AM真菌能够促进植被生长,改善土壤肥力,进而可以减少土壤侵蚀.以马尾松退化林地为对象,设置引种灌木(S)和引种灌木并接菌(S+AMF)2个处理,研究AM真菌接种对林下侵蚀劣地土壤碳氮及球囊霉素的影响.结果表明:接菌近1年后,菌根侵染率(MCR)在S+A...     

碳氮添加对雨养农田土壤全氮、有机碳及其组分的影响

为探明碳氮添加4年后,土壤全氮、有机碳及其组分(可溶性有机碳、微生物量碳、轻组和重组有机碳)的变化特征,依托布设于甘肃省定西市安定区李家堡镇的不同碳源配施氮素田间定位试验,涉及秸秆、生物质炭、氮素3个因素,秸秆设置为不施、施用秸秆2水平;生物质炭为不施和施用生物质炭2个水平;氮素设置为不施氮、施纯氮50 kg/hm^2、施纯氮100 kg/hm^2 3个水平,共9个处理。结果表明:不同处理下土壤全氮、有机碳及其组分的含量均随土层的加深而降低。添加生物质炭对土壤全氮、有机碳及其组分均具有不同程度的提升效应。添加秸秆对土壤全氮、有机碳和可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳均具有显著提升效应,仅在0-5 cm土层对重组有机碳有显著提高。添加氮素可显著提升土壤全氮、有机碳和可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳含量。较其他处理,添加生物质炭对土壤全氮、有机碳和重组有机碳的提升效应最高,添加秸秆对可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳的提升效果最优。从提升土壤质量的角度出发,推荐秸秆配施氮素模式,该模式下土壤碳素有效性高、易于被微生物利用,有利于作物生长。从提高土壤固碳角度考虑,推荐生物质炭配施氮素模式,该模式有利于碳的封存。     

添加木质素降解菌对堆肥中酶活性的影响

以奶牛粪便和稻草为堆腐材料,采用静态好氧堆肥的方式研究接种木质素降解菌对堆肥过程中的温度、pH等理化性质以及木质素降解酶活性动态变化的特征,从生物酶学角度考察人工接入外源菌剂对堆肥的影响。结果表明,接菌后的堆肥处理较CK早2 d进入高温期,并且维持时间多于CK 12 d。发酵前8 d pH值的上升幅度大且高于CK,而且接种处理比对照的C/N提前5 d达到20∶1,提早达到腐熟指标,加快堆肥腐熟化进程。堆肥中酶活分析结果表明,加入菌剂后,β-葡萄糖苷水解酶在堆置第6 d达到第一个峰值14.7μmol,较CK早6 d;羧甲基纤维素钠酶在第12 d达到峰值3 270 U,同比CK高出1 220 U;漆酶酶活峰值高达93.5U,而CK峰值只有82.8 U;锰过氧化物酶进入高温期后酶活最高为75.25 U,CK最高为54.8 U。由此可见,加入微生物菌剂后可使相关酶活性提高并提高堆体温度,加快堆肥腐熟,加速堆料中各种有机质的降解,提高微生物对底物的利用,从而提高好氧堆肥的效率。     

改良剂对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响

基于室内模拟培养试验,研究改良剂(生物质炭、过氧化钙)对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响。试验设置4个处理,即CK、Ca(过氧化钙,1.72g/kg)、C(生物质炭,21.46g/kg)、C+Ca。结果表明:各处理土壤微生物量碳、氮以及可溶性有机碳具有相同的变化趋势,即前期(3d内)都增加较快,在第3天达到最大值,随试验进行有所下降,配施效果优于单施。各处理可溶性有机氮在21d内缓慢增加;第21天时,C+Ca、Ca、C相比CK分别显著增加了62.1%,55.5%,40.9%;35d以后,配施(C+Ca)与单施过氧化钙(Ca)的效果显著优于单施生物质炭(C)和对照(CK)。120d培养期内,配施(C+Ca)处理能够明显提高微生物量碳、氮以及可溶性有机碳、氮的平均含量;微生物量碳的平均含量大小顺序为C+CaCCKCa,微生物量氮的平均含量C+Ca处理显著高于其他处理;可溶性有机碳的平均含量大小顺序为C+CaCaCCK,可溶性有机氮的平均含量C+Ca、Ca处理显著高于CK、C处理。微生物量碳、氮以及可溶性有机碳之间互为极显著正相关(P0.01),而微生物量碳与可溶性有机氮之间呈极显著负相关。因此,生物质炭和过氧化钙能有效提高旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮,且生物质炭与过氧化钙配合施用更有助于土壤改良。