纤维降解菌组合的筛选、优化及对玉米秸秆的降解效果

【摘要】：本论文首先对已知来源的9株真菌进行刚果红试验和纤维素酶活测定,筛选出4株纤维酶活高的真菌菌株,对菌株进行不同组合,研究其对玉米秸秆的降解作用,并采用尼龙袋试验进行瘤胃降解率测定,；再对不同真菌组合降解玉米秸秆前后的酚酸含量以及电镜结构变化进行分析和观察,旨在筛选并优化出一组降解秸秆效果最优的真菌组合。具体包括以下几个部分： 试验一秸秆纤维素分解菌的筛选及其不同组合对秸秆降解的效果 试验目的是为了获得高效降解纤维素的微生物菌株或者组合,并应用于农作物秸秆的降解,提高其营养利用率。利用刚果红纤维素培养基和测定纤维素酶活性的方法筛选纤维素降解真菌,并与黄孢原毛平革菌组合发酵玉米秸秆,测定降解秸秆的效果。利用刚果红纤维素培养基和真菌在液体培养基中的酶活测定筛选出黑曲霉、青霉、木霉共3株菌·,分别与黄孢原毛平革菌组合在PDB中培养7d,每天测定纤维素降解酶的活性,滤纸酶活、β-葡糖苷酶均在第4天酶活性最高,羧甲基纤维素酶、木聚糖酶在第2天的酶活较高。黑曲霉、青霉、木霉3株纤维素分解菌的酶活性高于其他菌株。筛选出这3个真菌菌株与黄孢原毛平革菌进行单菌及复合菌的多重组合,进而发酵玉米秸秆,测定纤维素、半纤维素、木质素的降解率,降解效果较好的组合为黄孢原毛平革菌+黑曲霉+青霉+木霉,分别为29.60%、12.02%、29.10%。通过本试验筛选出降解纤维素、半纤维素和木质素效果最优的菌株组合为PC+黑曲霉+青霉+木霉组合。 试验二秸秆纤维素降解菌组合的固体发酵培养基的筛选及优化 试验二旨在提高筛选的黄孢原毛平革菌、黑曲霉、绿色木霉、青霉复合菌的产滤纸酶活活性,制成干粉应用于农作物秸秆的降解,提高其降解粗饲料所含纤维素、半纤维素、木质素等的能力。采用单因素试验对该培养基的组成成分和发酵条件进行筛选；利用Placket-Burman (P-B)方法对培养基的组成成分进行重要性排序,选择可信度85%的因素进行后续试验；采用响应面分析方法,对筛选得到的的培养基成分进行优化,得到纤维素酶活最高时各因素的水平。表明结果：最适碳源和最适氮源分别是麸皮和豆粕；P-B试验筛选了三种培养基成分豆粕、硫酸铵、蛋白胨；响应面分析优化后发酵培养基的成分为麸皮20g,豆粕8.97g,与营养液等比例搅拌均匀；优化后的发酵培养基产纤维素酶活达到0.2621U/mL,比优化前提高了。培养条件为：接种量8%,培养温度32℃,发酵时间为5d。 试验三秸秆纤维降解菌及其组合对玉米秸秆瘤胃降解率的影响 试验三旨在研究不同真菌菌株及其组合处理玉米秸秆对瘤胃降解率的影响。使用单菌株、2菌株组合、3菌株组合和4菌株组合共计7个组合处理玉米秸秆,利用6只装有瘤胃瘘管的杜寒杂交F1代杂交羯羊,采用半体内法(in situ)分别对玉米秸秆的干物质、有机物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、纤维素和半纤维素在0、6、12、24、48、72h的动态瘤胃降解率进行测定与分析。结果表明,玉米秸秆经本试验的不同真菌菌株及其组合处理,其主要成分的瘤胃有效降解率均得到显著提高(P0.05),不同菌株及菌株组合的处理效果不一致。黄孢原毛平革菌+木霉组合的效果优于其他菌株或组合。 试验四秸秆纤维素降解菌及其组合处理对玉米秸秆结构的影响 本研究旨在通过不同真菌及其组合对玉米秸秆发酵处理后的酚酸含量测定以及扫描电镜观察,研究不同真菌组合处理对玉米秸秆的抗营养因子含量的影响以及物理结构的变化。试验采用7种真菌及其组合发酵处理玉米秸秆,分别测定样品中9种酚酸(给出具体的酚酸)的含量,以及进行电镜扫描观察。结果表明,处理组酚酸的总含量低于对照组(P0.05),对照组含有所测定的9种酚酸,但是处理组中只有黄孢原毛平革菌组Pcl和对照组含有对羟基苯甲酸,且黄孢原毛平革菌组Pcl显著高于对照组,其他处理组没有检测到。黄孢原毛平革菌组+黑曲霉+青霉PAP3、黄孢原毛平革菌组+黑曲霉+木霉PAT3、黄孢原毛平革菌组+黑曲霉+青霉+木霉PATP4、黄孢原毛平革菌组+黑曲霉PA2均没有检测到咖啡酸,对照组显著高于黄孢原毛平革菌组、青霉、黄孢原毛平革菌组+木霉PT2。对照组原儿茶酸的含量显著高于处理组,处理组只有黄孢原毛平革菌组Pcl、黄孢原毛平革菌组+黑曲霉PA2检测到了原儿茶酸。扫描电镜样品的观察发现不同真菌降解秸秆的效果和效率各不相同,Pc1、PA2、PT2的叶片结构发生了很大的变化,原有的光滑整齐的表面结构被破坏,叶片细胞轮廓解体,整体解体严重,叶肉组织结构无定型状,细胞结构被破坏。PAP3处理组的叶片结构变化不大,表面有少量菌丝附着,叶片细胞之间出现了少许的裂痕。Psl、PATP4处理组菌丝附着较多,细胞壁之间的断裂清晰。 【关键词】：纤维素降解菌 纤维素 半纤维素 木质素 秸秆 筛选
【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】：2014
【分类号】：S816.6
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第一章 引言15-21
• 1.1 研究背景15-19
• 1.1.1 秸秆的结构组成15-16
• 1.1.2 秸秆的有效利用方式及利用现状16-17
• 1.1.3 秸秆的处理方式及其机理17-18
• 1.1.4 秸秆的结构变化的测定技术18-19
• 1.2 研究背景及意义19
• 1.3 研究内容及技术路线19-21
• 第二章 秸秆纤维素分解菌的筛选及其不同组合对秸秆降解的效果的研究21-32
• 2.1 材料与方法21-24
• 2.1.1 材料21-22
• 2.1.2 方法22
• 2.1.3 酶活测定22-24
• 2.2 结果与分析24-29
• 2.3 讨论29-31
• 2.4 小结31-32
• 第三章 复合纤维素降解菌固体发酵培养基的筛选及优化32-43
• 3.1 材料与方法33-34
• 3.1.1 材料33
• 3.1.2 试验设计33-34
• 3.2 结果与分析34-41
• 3.2.1 固体发酵培养基的筛选34-36
• 3.2.2 Placket-Burman优化36-37
• 3.2.3 响应面试验37-39
• 3.2.4 发酵条件优化39-41
• 3.3 讨论41-42
• 3.4 小结42-43
• 第四章 不同微生物菌株及其组合对玉米秸秆营养价值的影响(关联)43-57
• 4.1 材料和方法43-45
• 4.1.1 试验材料43-45
• 4.1.2 试验设计45
• 4.1.3 测定方法45
• 4.1.4 数据整理与统计分析45
• 4.2 结果与分析45-53
• 4.2.1 不同微生物处理玉米秸秆的DM、OM在瘤胃中的降解规律45-47
• 4.2.2 不同微生物处理玉米秸秆的NDF、ADF、ADL、纤维素、半纤维素在瘤胃中的降解规律47-53
• 4.2.3 不同微生物处理玉米秸秆的CP在瘤胃中的降解规律53
• 4.3 讨论53-56
• 4.3.1 微生物菌株处理玉米秸秆DM、OM瘤胃降解特性54-55
• 4.3.2 微生物菌株处理玉米秸秆NDF、ADF、ADL、纤维素、半纤维素的瘤胃降解特性55-56
• 4.3.3 微生物菌株处理玉米秸秆CP瘤胃降解特性56
• 4.4 小结56-57
• 第五章 不同微生物菌株及其组合处理对玉米秸秆结构的影响的研究57-63
• 5.1 材料和方法57-58
• 5.1.1 试验材料57
• 5.1.2 方法57-58
• 5.2 结果58-60
• 5.2.1 不同微生物处理后玉米秸秆的酚酸的种类及含量58-59
• 5.2.2 不同微生物处理后玉米秸秆的扫描电镜观察59-60
• 5.3 讨论60-62
• 5.3.1 不同微生物处理后玉米秸秆的酚酸的种类及含量61-62
• 5.3.2 不同微生物处理后玉米秸秆的扫描电镜观察62
• 5.4 结论62-63
• 第六章 全文结论63-64
• 6.1 论文总体结论63
• 6.2 创新点63
• 6.3 有待进一步研究的问题63-64
• 参考文献64-69
• 附录69-70
• 致谢70-72
• 作者简历72

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