高效降解秸秆菌株配伍筛选及菌剂制备

【摘要】：我国作为农业大国,秸秆资源丰富,年产各类秸秆6-7亿吨。每年有大量秸秆因无法合理利用被废弃焚烧。造成了资源浪费和环境的污染。同时由于化肥的大量使用,近年来土地有机质含量逐年降低,土壤板结。将废弃焚烧的秸秆通过微生物菌剂的作用快速腐解还田,既解决了秸秆大量堆积无法有效利用的问题也有利于农田肥力提高和农业可持续发展,保护了环境。符合建立资源节约型与环境友好型社会的要求。 从森林土壤,农田土壤,腐烂秸秆等纤维素分解菌大量聚集的地方通过刚果红平板筛选得到12株可高效产纤维素酶的菌株,其中10株为霉菌,2株为放线菌。对所筛选菌株进行羧甲基纤维素钠酶(CMCase)与滤纸酶活(FPA)的酶活测定,产两种纤维素酶最高菌株分别为菌株51与菌株104。其中菌株51产羧甲基纤维素钠酶(CMCase)为4.90U/mL,菌株104滤纸酶活为1.78U/mL。 将上述菌株通过拮抗实验舍弃相互拮抗的菌株,然后通过正交组合构建菌株配伍,并对所有配伍进行两种酶活的测定,结果证明,仅有配伍7体现了菌株协同产酶能力,其余多数组合体现了菌株平均的产酶能力,或者酶活较低。通过正交试验得到一组可协同产纤维素酶能力强的霉菌组合,配合实验室所保存的2株细菌,四株酵母菌,形成一个菌种复合系。 选取在我国南北具有代表性,并且产量居于前两位的水稻秸秆和玉米秸秆作为材料,利用这个复合系对玉米秸秆和水稻秸秆进行降解试验。30天后,秸秆明显失重、体积变小、颜色变黑,有酱色液体渗出。通过测定,对玉米秸秆和水稻秸秆的失重率分别达到59%和52%,明显优于市售菌剂(37%；20%),与空白(7%,6%)差异显著。通过形态观察与镜检,对复合系中纤维素酶高产菌株51、R19、P11、104、R18进行鉴定后初步判定,菌株51为曲霉属,R19为青霉属,P11为齿梗双胞霉属,104为头孢霉属,R18为毛霉属。 通过单因子试验,对五株霉菌组成的菌株配伍发酵条件进行研究并优化,以便为后续试验和工业生产提供依据。研究结果显示,菌株配伍的最佳接种量为4mL,最适宜培养温度为25℃,最适宜生长的pH为6.5,氯化铵与酵母粉组成的复合氮源是菌株配伍的最佳氮源,最佳碳源为可溶性淀粉,最佳培养时间为4天。优化后的培养基为可溶性淀粉10g,NH4Cl 10g, KH2PO4 2g, MgSO40.5g,酵母粉5g。通过对培养条件的优化,五株霉菌组成的菌株配伍产酶活从6.01U/mL增长为7.12U/mL,涨幅为1.11U/mL,较原先增长18.47%。 利用工农业生产的下脚料和较廉价的农产品将复合系利用固体发酵培养制成菌剂,根据国家标准《农用微生物菌剂》[2]对菌剂的外观,有效活菌数,纤维素酶活、含水率、pH等进行测定,结果显示,所制菌剂颜色为黄褐色,用手触摸紧握,菌剂干燥、疏松,呈微小颗粒状。菌剂的有效活菌数为2.6x 108/g,约为国家标准(0.5×108/g)的5倍,纤维素酶活为39.29 U/g,高于国家规定的30.00U/g,含水率为8.66%,在国家规定范围内,pH为6.78,居于国家标准规定的区间内(5.5-8.5) 【关键词】：秸秆降解 纤维素 纤维素酶 菌株筛选 菌种组合 菌剂
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S141;S182
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 文献综述12-25
• 1.1 农作物秸秆的利用现状12-15
• 1.2 秸秆还田研究进展15-19
• 1.2.1 秸秆还田对农田土壤的主要作用15-18
• 1.2.2 秸秆还田的方式18-19
• 1.3 秸秆结构19
• 1.4 纤维素结构19-20
• 1.5 纤维素的降解20
• 1.5.1 纤维素的酸水解20
• 1.5.2 纤维素的酶水解20
• 1.6 纤维素酶20-22
• 1.6.1 纤维素酶简介20-21
• 1.6.2 产纤维素酶的微生物21-22
• 1.7 农用微生物菌剂的开发22
• 1.8 本论文的设想与思路22-25
• 2 材料与方法25-36
• 2.1 材料25-28
• 2.1.1 菌株和秸秆来源25
• 2.1.2 主要试剂25-26
• 2.1.3 主要仪器设备26
• 2.1.4 主要试剂配制26-27
• 2.1.5 培养基27-28
• 2.2 方法28-36
• 2.2.1 菌株筛选28-29
• 2.2.2 菌株液体发酵酶活测定29-30
• 2.2.3 菌株拮抗实验30
• 2.2.4 菌株配伍筛选30
• 2.2.5 秸秆降解实验30-31
• 2.2.6 菌株形态观察31
• 2.2.7 菌株配伍发酵条件研究31-32
• 2.2.8 菌剂制备方法32
• 2.2.9 菌剂各项指标测定32-36
• 3 结果与分析36-51
• 3.1 筛选结果36-37
• 3.2 酶活测定结果37-39
• 3.3 拮抗实验结果39
• 3.4 菌种配伍与酶活测定结果39-40
• 3.5 秸秆降解实验结果40-42
• 3.6 菌株鉴定结果42-43
• 3.7 发酵条件研究43-48
• 3.8 菌剂形态外观48-49
• 3.9 其它指标测定49-51
• 4 讨论与展望51-55
• 4.1 讨论51-54
• 4.1.1 菌株筛选与酶活测定51-52
• 4.1.2 配伍构建与秸秆降解52-53
• 4.1.3 发酵条件53-54
• 4.1.4 菌剂制备54
• 4.2 展望54-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-62
• 研究生期间发表文章62

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