秸秆分解过程中蚯蚓粘液引起的激发效应

【摘要】：中国是农业大国，秸秆资源丰富。秸秆富含多种矿质元素，还田后可以增加土壤肥力。目前利用蚯蚓堆制处理农作物秸秆已经取得了大量成功，蚯蚓对有机质的分解和矿化显示出激发效应，通过研究蚯蚓粘液对秸秆分解过程中的激发效应，来理解蚯蚓对养分循环的影响是必要的。正确理解激发效应机理可以实现通过向土壤中添加有机质，减少矿质肥料施用的目的。 本研究以玉米秸秆、水稻秸秆为实验底物，以玉米秸秆与赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)粘液混合(MM)、水稻秸秆与蚯蚓粘液混合(RM)为实验组，秸秆与葡萄糖混合、秸秆与氨基酸混合组为平行组，以加入相同量无菌水的底物为对照组(CK)。研究秸秆分解过程中化学成分分析，酶学特征分析。利用高通量测序测定玉米秸秆(M)，蚯蚓粘液处理玉米秸秆第30d时样品(ME30)、第40d时样品(ME40)，水稻秸秆(R)，蚯蚓粘液处理水稻秸秆第30d时样品(RE30)，第40d时样品(RE40)微生物组成。 研究结果如下：(1)玉米秸秆分解过程中，在第30d时MM有机碳矿化率达到最大值1.16mg/(kg·d)；在第40d时MM有机氮矿化率达到最大值2.10mg/(kg·d)。水稻秸秆分解过程中，在第20d时RM有机碳矿化率达到最大值0.61mg/(kg·d)。然而蚯蚓粘液对于水稻秸秆分解过程中氮的矿化影响不显著。 (2)秸秆分解过程中，MM组羧甲基纤维素酶、微晶纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、乙酰酯酶、阿魏酸酯酶，蛋白酶、脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶最高酶活力出现在第30d、40d、30d、70d、40d、70d、30d、10d、30d和10d；RM组羧甲基纤维素酶、微晶纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶、乙酰酯酶、阿魏酸酯酶，蛋白酶、脲酶、脱氢酶、过氧化氢酶最高酶活力出现在第50d、40d、10d、70d、10d、70d、40d、60d、20d和30d。 (3)通过对比细菌、真菌微生物群落在97%水平下多样性指数可以发现，在菌群丰度Chao、Ace上，实验组显著高于对照组；在菌群多样性指数Simpson、Shannon上，实验组多样性显著高于对照组。但是水稻秸秆真菌多样性Simpson RE40组高于R组。 (4)玉米秸秆分解过程中细菌群落结构上，ME30、ME40组相对丰度较高的菌群有生孢噬纤维菌属(Sporocytophaga)、 Devosia、纤维菌属(Cellulomonas)、 Simiduia、Chthoniobacter。水稻秸秆细菌群落结构上，RE30、RE40组相对丰度较高的菌群有Devosia、纤维菌属(Cellulomonas)、短波单胞菌属(Brevundimonas)、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、Aliihoeflea、细杆菌属(Microbacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)。 玉米秸秆分解过程中真菌群落结构上，相对丰度较高的群落有赤霉菌属(Gibberella)、镰刀菌属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)、足放线病菌属(Scedosporium)。在水稻秸秆真菌群落结构上，相对丰度较高的群落有曲霉属(Aspergillus)、赤霉菌属(Gibberella)、翘孢霉属(Emericella)、镰刀菌属(Fusarium)、鬼伞属(Coprinus)、足放线病菌属(Scedosporium)。 (5)通过对细菌、真菌微生物多样性的主成分分析可知，实验组与对照组在主成分坐标中呈现显著的空间分布，蚯蚓粘液处理秸秆，对微生物群落多样性产生了很大的影响，而处理时间的长短也决定了微生物能否在主成分上实现分离。 【关键词】：秆分解 蚯蚓粘液 激发效应 酶活力 高通量测序
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S38
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 立题意义11
• 1.2 秸秆资源的利用现状研究11-12
• 1.3 秸秆利用的限制因素12
• 1.4 蚯蚓对有机碳、氮分解激发效应的影响12-13
• 1.4.1 激发效应12-13
• 1.4.2 蚯蚓对碳元素、氮元素矿化的影响13
• 1.5 秸秆分解过程中微生物群落变化的研究13-14
• 1.6 秸秆分解过程中相关的酶14-16
• 1.6.1 纤维素酶14
• 1.6.2 半纤维素酶14-15
• 1.6.3 木质素降解酶15
• 1.6.4 蛋白酶15
• 1.6.5 脲酶15
• 1.6.6 脱氢酶15
• 1.6.7 过氧化氢酶15-16
• 1.7 研究内容16
• 1.8 本研究的技术路线16-17
• 1.9 研究创新点17-19
• 第2章 蚯蚓粘液主要化学成分分析19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 实验材料及仪器19
• 2.2.1 实验试剂19
• 2.2.2 实验仪器19
• 2.3 实验方法19-21
• 2.3.1 蚯蚓粘液的收集19
• 2.3.2 蚯蚓粘液总糖的测定19-20
• 2.3.3 蚯蚓粘液总蛋白质的测定20
• 2.3.4 蚯蚓粘液蛋白质电泳20-21
• 2.4 结果与分析21-23
• 2.4.1 葡萄糖标准曲线21
• 2.4.2 蚯蚓粘液总糖含量21-22
• 2.4.3 蛋白质标准曲线22
• 2.4.4 蚯蚓粘液总蛋白质含量22
• 2.4.5 蚯蚓粘液蛋白质电泳22-23
• 2.5 讨论23
• 2.6 小结23-25
• 第3章 蚯蚓粘液对秸秆分解过程中化学成分的影响25-37
• 3.1 引言25
• 3.2 实验材料与仪器25
• 3.2.1 材料及仪器25
• 3.2.2 实验试剂25
• 3.3 研究方案25-26
• 3.3.1 秸秆预处理25
• 3.3.2 实验设计25-26
• 3.4 实验方法26-28
• 3.4.1 有机碳的测定及矿化速率的计算26
• 3.4.1.1 有机碳的测定26
• 3.4.1.2 有机碳的矿化速率26
• 3.4.2 矿质氮及矿化速率计算26-28
• 3.4.2.1 铵态氮测定27
• 3.4.2.2 硝态氮的测定27-28
• 3.4.2.3 有机氮矿化速率28
• 3.4.3 数据统计分析28
• 3.5 结果与分析28-34
• 3.5.1 有机碳的矿化28-29
• 3.5.2 铵态氮标准曲线29-30
• 3.5.3 铵态氮含量变化30-31
• 3.5.4 硝态氮标准曲线31
• 3.5.5 硝态氮含量变化31-32
• 3.5.6 矿化氮总量及氮矿化率32-34
• 3.6 讨论34-35
• 3.7 小结35-37
• 第4章 蚯蚓粘液对秸秆分解过程中酶学特征的影响37-59
• 4.1 引言37
• 4.2 实验材料与仪器37
• 4.2.1 实验仪器37
• 4.2.2 实验试剂37
• 4.3 实验方案37-38
• 4.4 实验方法38-42
• 4.4.1 粗酶液的提取38
• 4.4.2 羧甲基纤维素酶活力的测定38
• 4.4.3 微晶纤维素酶活力的测定38
• 4.4.4 β-葡萄糖苷酶活力的测定38
• 4.4.5 木聚糖酶活力的测定38-39
• 4.4.6 阿魏酸酯酶活力的测定39
• 4.4.7 乙酰酯酶活力的测定39
• 4.4.8 蛋白酶活力测定39-40
• 4.4.9 脲酶活力测定40-41
• 4.4.10 脱氢酶活力测定41
• 4.4.11 过氧化氢酶活力测定41
• 4.4.12 数据统计分析41-42
• 4.5 结果与分析42-55
• 4.5.1 纤维素酶活力的变化42-46
• 4.5.2 半纤维素酶活力的变化46-50
• 4.5.3 蛋白酶活力的变化50-51
• 4.5.4 脲酶活力的变化51-53
• 4.5.5 脱氢酶活力的变化53-54
• 4.5.6 过氧化氢酶活力的变化54-55
• 4.6 讨论55-58
• 4.6.1 纤维素酶活性的变化55-56
• 4.6.2 半纤维素酶及酯酶活性的变化56
• 4.6.3 蛋白酶、脲酶活性的变化56-57
• 4.6.4 氧化还原酶活性的变化57-58
• 4.7 小结58-59
• 第5章 蚯蚓粘液对秸秆分解过程中微生物群落结构影响59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 实验材料59
• 5.2.1 主要设备59
• 5.2.2 主要试剂59
• 5.3 实验方案59
• 5.4 实验方法59-61
• 5.4.1. 高通量测序流程60
• 5.4.2 PCR 扩增60-61
• 5.5 结果与分析61-67
• 5.5.1 细菌群落结构变化61-63
• 5.5.2 细菌群落结构主成分分析63-64
• 5.5.3 真菌群落结构变化64-66
• 5.5.4 真菌群落结构主成分分析66-67
• 5.6 讨论与小结67-69
• 第6章 结论与展望69-73
• 6.1 结论69-71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-83
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果83-85
• 致谢85

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