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秸秆常温降解菌的筛选及其生长特性研究

钱玉婷  
【摘要】: 农作物秸秆是重要的生物质资源,但要充分、有效地利用这类资源却相当困难,这是由于秸秆量大、低值、不便运输,大多数动物不能消化其木质纤维素。随着绿色农业及有机农业的发展,农作物秸秆的利用越来越受到重视。但在自然条件下,秸秆腐解速度慢,大量还田后会影响作物的生根和成活,还造成生产管理上的不便。因此,亟待研究开发秸秆生物快腐技术研究,以满足秸秆还田技术需求。 为获得可用于秸秆还田条件下接种、促进秸秆快速腐解的混合菌群,本试验在前人工作基础上,采用改良的PCS培养基,通过定期改变传代方法,从自然环境中筛选并驯化出1组纤维素分解菌群。该菌群37℃静置培养分解秸秆时,80hCMC酶活最高,达到100U.m1-1;使秸秆的抗拉程度从26N.mm-2下降到16N.mm-2;7d秸秆失重率为22.13%,其中半纤维素、纤维素、木质素的降解率分别为34.98%、22.76%、15.82%;同时该复合菌群对各种天然纤维素材料同样具有很强的分解活力,7d对滤纸纤维素、脱脂棉、猪粪纤维、稻秆的降解率分别达到82%、41%、39%、24%。在初始pH为5~9的不同培养基中均能很好的生长。试验表明:该复合菌群是一组稳定、高效、常温、微好氧的纤维素混合菌群,其生长环境非常接近于自然环境,能够直接应用于农业废弃物的处理。 本试验选用该复合菌群为目标菌,对其进行分离纯化、鉴定及生理生化试验。筛选得到的纤维素降解复合菌群中起主导作用的是ZY-2菌,且与原复合菌群相比,降解纤维效果更为明显,7d对秸秆的降解率达到29.56%,比原复合菌群对秸秆的降解率提高35.66%,差异极显著。ZY-2菌在大多数培养基上均能很好的生长,但不产生可溶性色素。该菌株能利用绝大部分的碳源、能分解纤维素、使硝酸盐还原为亚硝酸盐,能水解淀粉,不能液化明胶。根据培养形态、细胞形态、生理生化实验数据,以及16S rDNA序列测定数据,本纤维素降解菌种被鉴定为:Streptomyces rochei娄彻氏链霉菌。 为了更深入了解ZY-2菌,采用单因子及正交试验的方法对该菌最佳培养条件进行了研究。试验结果表明,氮源对试验的结果影响最大,初始pH次之,温度的影响最小,ZY-2菌的最佳培养条件为:10 g.L-1大豆粉、pH7.0、40℃下培养7d,秸秆失重率可达32%。对秸秆降解效果最好的一组纤维素降解率试验表明,对半纤维素、纤维素、木质素的降解率分别为38.37%、25.55%、16.63%。本试验筛选出ZY-2放线菌能在比较廉价的培养基上有较好的降解秸秆能力,可在工业上低成本生产,具有较好的应用前景。 以传统的酸碱预处理方法作为对照,通过添加不同的有机溶剂(溶解水稻秸秆表层的蜡质)后再接种微生物,探讨了秸秆蜡质层对秸秆微生物降解速率的影响。用乙醚、氯仿、正己烷三种有机溶剂对秸秆进行预处理后,生物降解率明显提高,正己烷的处理效果最佳,秸秆失重率为29.4%,比未处理样(24.3%)提高了21.0%;有机溶剂正己烷预处理秸秆的半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别为50.4%、28.1%、27.8%,比对照分别提高了22.2%、20.8%、28.0%,但低于传统的碱预处理。表明秸秆蜡质层一定程度上影响了秸秆的生物降解,如果将秸秆蜡质收集利用与秸秆生物降解预处理相结合,可探索出一条秸秆综合利用与生物降解新途径。


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