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《山东农业大学》 2010年
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玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1的构建、菌群组成及腐解特性研究

刘尧  
【摘要】: 选育在常温下对玉米秸秆具有高效、稳定腐解功能的微生物复合菌系并分析其菌群组成,以促进我国北方农区原位还田玉米秸秆的快速腐解,推进秸秆还田应用。本研究采用限制性培养、温度梯度诱导的方法,以山西、山东、北京等省市玉米秸秆连续多年还田的土壤样品为菌源,以秸秆失重率、C/N以及CMC(羧甲基纤维素钠)酶活为筛选指标,筛选获得高效稳定的玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1;比较复合菌系不同继代腐解秸秆的失重率、酶活以及微生物菌群的变性梯度凝胶电泳(DGGE)的菌群监测动态变化,评价CSS-1的功能及其组成稳定性;采用克隆文库法,解析复合菌系CSS-1的主要菌群组成;以复合菌系的生长曲线、pH、CMC酶活以及木聚糖酶活、揭示其腐解特性;利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术揭示复合菌系CSS-1在腐解过程中的菌群组成及其动态变化。 从山西省壶关县多年玉米秸秆连续还田的土壤中,筛选得到高效、稳定的玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1;模拟田间腐解试验表明,在22℃条件下CSS-1处理玉米秸秆的CMC平均酶活和最高酶活比目前广泛应用的菌剂A分别提高82%和79%,其失重率比菌剂A和空白对照分别提高62.62%和173.65%,显示CSS-1在常温下能显著促进玉米秸秆的腐解的功能;CSS-1不同继代腐解秸秆功能及其菌系组成监测表明该复合菌系的稳定性;安全性评价表明该复合菌系无毒无害,具有较高的安全性。 克隆文库方法显示CSS-1优势菌群由多种具有纤维素与半纤维素降解功能的细菌和真菌构成,其细菌菌群分别归属Enterobacter、Cellulomonas、Streptomyces、Bacillaceae、Pantoe、Cellvibrio 6个属,真菌菌群归属Trichoderma、Gibberella 2个属。菌群分析结果还表明克隆文库分析方法得到的菌系组成比CSS-1平板分离培养法更全面。 玉米秸秆腐解特性试验显示,该复合菌系CSS-1的生长曲线和其CMC酶活、木聚糖酶活、pH的变化规律一致。复合菌系的整个生长腐解过程划分为三个时期,即0-4 d的对数生长期、4-10 d的稳定期、10-16 d的衰亡期。在腐解的第4 d时,各类微生物数量、pH值、木聚糖酶活呈直线上升,CMC酶活经历了一个缓慢下降的过程;在第4~10 d复合菌系中各类微生物数量同步下降后升高,此段时间CMC酶活、木聚糖酶活和pH都升直至最高值;在第10~16 d复合菌系得个生物学特性指标变化都趋向平缓。 利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)对复合菌系的菌群组成及其动态进行分析表明:该复合菌系的细菌菌群主要由18个微生物种群组成;真菌菌群主要由9个微生物种群组成;随着玉米秸秆的降解进程,其菌群构成出现了一定的变化。整个腐解过程可以划分为三个阶段:0-2 d为腐解初期,2-10 d为腐解中期,10-16 d为腐解末期,与复合菌系生长过程基本一致。在腐解初期各微生物菌群快速生长;在腐解中期纤维素分解有关的微生物Streptomyces sp.、Micrococcus sp.、Bacillus megaterium、Pseudomonas sp.、Trichoderma sp.、Fusarium sp.大量增殖后保持稳定;腐解后期一些功能菌群数量减少如Streptomyces sp.、Actinomycetales,一些兼性厌氧细菌数量逐渐增加如Clostridium sp.,而有些种群一直保持较多数量Trichoderma sp.、Fusarium sp.。 本研究还证实,所选用的Bead-beader的方法适合大批量土壤样品DNA的提取,克隆文库法和DGGE法均可用于复杂样品中细菌组成分析。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S154.3;S513

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