中低温秸秆降解菌的筛选及其秸秆降解效果研究

【摘要】：作物秸秆原位还田是提高秸秆的综合利用率、培肥改土、提高土壤肥力的一项行之有效的技术措施,但秸秆进入土壤后,腐解缓慢,对耕作与农艺操作产生诸多不利影响,限制了其推广。本文进行了秸秆降解菌的筛选及其降解效果应用研究,以期为加速秸秆腐熟还田提供菌株资源和技术支撑。主要研究结果如下: 在15℃条件下,利用滤纸消解、刚果红染色及产酶能力比较等方法筛选到3株高效秸秆降解真菌,并构建了1个组合菌。其中,3株真菌为草酸青霉Penicillium oxalicum QSH3-3,尖孢镰刀霉Fusarium oxysporum DSH2-3和毛壳霉Chaetomium sp. YSH3-3,组合菌由Fusarium oxysporum DSH2-3与Chaetomium sp.YSH3-3组成。 3株降解真菌具有较强的产半纤维素酶、纤维素酶和木质素降解酶的能力,其中菌株QSH3-3具有较高的CMCase酶活力和木聚糖酶活力,分别为26.78 U/mL、550.37 U/mL,菌株DSH2-3具有较高的漆酶酶活力,468.75 U/L,菌株YSH3-3具有较高的FPase酶活力,13.04 U/mL。20℃液态发酵实验表明,15 d后菌株QSH3-3、DSH2-3、YSH3-3及组合菌对玉米秸秆的降解率达到58%、48%、52%和53%,对照菌株AS3.3711高23.1~48.7%。其中,菌株QSH3-3对秸秆纤维素、半纤维素的降解能力最强,其降解率分别达到49%和46%,组合菌处理对木质素降解能力最强,降解率达到32%。结合扫描电镜(SEM)结果显示,供试菌株对秸秆的降解从破坏秸秆表面的蜡质层及致密结构开始,随着细胞壁出现大范围破损,菌株开始对秸秆内部组织进行降解,最终整个秸秆组织结构呈松散状态。其中使用菌株QSH3-3和组合菌处理的秸秆,其致密结构的破坏程度较高。 在10~25℃范围内,秸秆翻埋及覆盖还田盆钵模拟实验研究表明,与CK相比,施用供试菌株后秸秆的降解率显著提高;然而,供试菌株对不同作物秸秆的降解效果不同;对木质素的降解差异最为显著。在4种菌剂处理中,菌株DSH2-3对小麦秸秆的降解效果较好,50天后,秸秆降解率达45~53%;组合菌对水稻和玉米秸秆的降解效果较好,秸秆失重率可达50~69%。 在10~25℃范围内,利用模拟小麦、水稻、玉米秸秆还田盆钵实验研究不同处理对土壤有机质、腐殖质及N、P、K含量的变化情况。结果表明,组合菌处理对土壤有机质、腐殖质含量的增强作用显著高于其他处理,土壤有机质含量可达9.6~10.6%,比CK高10.3~17.8%;土壤腐殖质含量可达6.4~9.0%,比CK高4.5~21.6%。供试菌株的添加对土壤速效氮的消耗量较大,而对土壤速效磷、速效钾的含量均有不同程度的提高。其中,组合菌处理的土壤速效磷含量达到143.6~200.0 mg/kg,较CK高2.25~28.1%;菌株YSH3-3处理的土壤速效钾含量达到69.0~79.7 mg/kg,较CK高3.1~23.4%。 【关键词】：秸秆还田 秸秆降解 秸秆降解真菌 土壤有机质 土壤腐殖质
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 前言13-25
• 1.1 秸秆综合利用及存在问题13-14
• 1.2 秸秆还田研究进展14-18
• 1.2.1 秸秆还田现状14
• 1.2.2 秸秆还田方式14
• 1.2.3 秸秆还田的良性效应14-17
• 1.2.4 秸秆还田过程中存在的问题17-18
• 1.3 秸秆降解菌对秸秆还田的影响18
• 1.4 秸秆生物降解机理研究18-22
• 1.4.1 秸秆组分18-20
• 1.4.2 秸秆降解菌研究现状20-21
• 1.4.3 秸秆生物学降解机理21-22
• 1.5 研究目的和意义22-23
• 1.6 研究内容、方法和技术路线23-25
• 1.6.1 研究内容和方法23-24
• 1.6.2 技术路线24-25
• 第二章 秸秆降解菌的筛选与鉴定25-36
• 2.1 实验材料25-26
• 2.1.1 样品来源25
• 2.1.2 碳源及培养基25-26
• 2.1.3 主要试剂和药品26
• 2.1.4 主要仪器26
• 2.2 实验方法26-29
• 2.2.1 筛选方法26-27
• 2.2.2 酶活力测定方法27-28
• 2.2.3 菌株鉴定28-29
• 2.2.4 ITS 序列系统发育树的构建29
• 2.2.5 菌株的生长温度特性29
• 2.2.6 菌株兼容性实验29
• 2.3 结果与分析29-35
• 2.3.1 秸秆降解菌的筛选29-31
• 2.3.2 菌株的形态学观察31-32
• 2.3.3 真菌的ITS 序列鉴定及系统发育树的构建32-33
• 2.3.4 菌株的生长温度特性33-34
• 2.3.5 菌株兼容性实验34-35
• 2.4 结论35-36
• 第三章 液态发酵条件下秸秆降解菌的秸秆降解效果研究36-42
• 3.1 实验材料36-37
• 3.1.1 供试菌株36
• 3.1.2 秸秆类物质与培养基36
• 3.1.3 主要试剂36-37
• 3.1.4 主要仪器37
• 3.2 实验方法37-38
• 3.2.1 秸秆液态发酵实验37
• 3.2.2 秸秆失重率、半纤维素、纤维素、木质素降解率测定37-38
• 3.2.3 秸秆表面微观形态分析38
• 3.3 结果与分析38-41
• 3.3.1 液态发酵过程中玉米秸秆干物质量及各组分的变化38-40
• 3.3.2 秸秆在微生物降解过程中的表面结构变化40-41
• 3.4 结论41-42
• 第四章 不同秸秆还田方式下秸秆降解菌的秸秆降解效果研究42-56
• 4.1 实验材料42
• 4.1.1 供试菌株42
• 4.1.2 土壤样品与作物秸秆42
• 4.2 实验方法42-43
• 4.2.1 模拟秸秆翻埋还田盆钵实验42-43
• 4.2.2 模拟秸秆覆盖还田盆钵实验43
• 4.2.3 秸秆失重率、纤维素、半纤维素及木质素含量测定43
• 4.3 结果与分析43-54
• 4.3.1 小麦秸秆翻埋还田条件下秸秆失重率及其各组分变化情况43-45
• 4.3.2 水稻秸秆翻埋还田条件下秸秆失重率及其各组分变化情况45-47
• 4.3.3 玉米秸秆翻埋还田条件下秸秆失重率及其各组分变化情况47-49
• 4.3.4 小麦秸秆覆盖还田条件下秸秆失重率及其各组分变化情况49-51
• 4.3.5 水稻秸秆覆盖还田条件下秸秆失重率及其各组分变化情况51-52
• 4.3.6 玉米秸秆覆盖还田条件下秸秆失重率及其各组分变化情况52-54
• 4.4 结论54-56
• 第五章 秸秆降解菌对秸秆还田后土壤养分变化的影响56-63
• 5.1 实验材料56
• 5.1.1 供试菌株56
• 5.1.2 土壤样品与作物秸秆56
• 5.2 实验方法56-57
• 5.2.1 模拟秸秆还田盆钵实验设计56
• 5.2.2 测定方法56-57
• 5.3 结果与分析57-62
• 5.3.1 土壤有机质含量变化情况57-58
• 5.3.2 土壤腐殖质含量变化情况58-60
• 5.3.3 土壤中养分含量变化情况60-62
• 5.4 结论62-63
• 第六章 全文结论63-64
• 参考文献64-72
• 致谢72-73
• 作者简介73

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