高效纤维素降解复合菌剂的筛选及在秸秆沼气发酵中的应用

【摘要】：纤维素是地球上资源最丰富、来源最广泛的有机物质。由于缺乏相关技术等诸多因素,纤维素这一类宝贵资源不仅未能得到充分利用,而且还有相当大的一部分被废弃,成为环境污染物之一,这样既造成了资源浪费又对生态环境造成了严重的破坏。将秸秆作为沼气发酵的原料,不但可以变废为宝还可以在一定程度上解决农村能源不足的问题。然而秸秆在沼气发酵过程中表现出的发酵启动慢、原料利用不充分等问题由来已久,利用微生物对秸秆进行预处理来解决上述问题是最根本的途径,筛选出高效纤维素降解菌株,并构建适用于秸秆沼气发酵预处理阶段的复合菌剂具有重要意义。 本研究从牛粪与稻草堆腐物、腐熟的猪粪、菌渣、土壤及枯枝落叶、垃圾堆腐物等6种不同材料分离出纤维素降解菌194株,其中有细菌79株,放线菌53株,真菌62株。通过纤维素刚果红培养基测定其生长速度与水解圈大小,以及测定滤纸崩解率,并剔除有拮抗作用的菌株后,复筛出高效纤维素降解菌15株。 将筛选出的15株高效纤维素降解菌进行正交试验,结果有5个组合表现出较高的酶活性,CMC酶活力大小依次为：组合16组合10组合13组合2组合11。其中,通过对组合16的一系列环境适应性进行研究,结果表明：最适碳源为蔗糖+纤维素粉,最适氮源为麸皮+(NH4)2SO4,KH2PO4的最佳含量是0.45%,MgSO4·7H2O的最佳含量是0.03%,最适pH为6.5,最适培养温度为40℃,培养第4天CMC的酶活力最高。 在实验室内以稻秸为原料进行好氧堆沤预处理,试验共设置4个处理分别为：接种自制复合菌剂R(处理1)、酵素菌速腐剂(处理2)、秸秆速腐剂(处理3)、不接种菌剂(CK)。通过对堆沤过程中还原糖产生量、碳氮的含量变化以及纤维素、半纤维素、木质素的降解率进行测定,试验结果表明,添加复合菌剂能加快秸秆降解、提高堆沤质量,处理组和CK组在还原糖产生量、碳氮的含量变化以及纤维素、半纤维素、木质素的降解率等3个指标方面差异显著。而对处理1和处理2、处理3预处理效果综合比较的结果表明,复合菌剂R对纤维素类物质的降解能力最强,处理1与处理2、处理3都存在显著差异。 将经过4种不同预处理的物料用于厌氧沼气发酵,通过对发酵过程中产气量、pH变化情况以及纤维素、半纤维素、木质素的降解率进行测定,比较各处理秸秆厌氧发酵的效果。试验结果表明,经过复合菌剂预处理能有效提高发酵质量,处理组与CK组在沼气产量、纤维素类物质降解方面差异显著。而处理1与处理2、处理3在产气量、pH变化情况以及纤维素、半纤维素、木质素的降解率等3个指标方面差异显著。由此可以看出,复合菌剂R不但能在堆沤预处理阶段加快秸秆降解速率、提高堆沤质量,而且其作用能继续影响发酵产气阶段,对加速发酵进程、提高原料利用率具有重要作用,是一种高效的微生物复合菌剂。 【关键词】：纤维素降解菌 微生物复合菌剂 预处理 发酵
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-10
• 前言10-11
• 1 国内外研究现状11-17
• 1.1 降解纤维素的主要微生物11-12
• 1.1.1 纤维素降解细菌11
• 1.1.2 纤维素降解真菌11
• 1.1.3 纤维素降解放线菌11-12
• 1.2 秸秆腐熟菌剂的开发研究12-13
• 1.2.1 单一微生物菌株腐熟秸秆12
• 1.2.2 复合微生物菌剂12-13
• 1.3 秸秆厌氧沼气发酵的影响因素及其控制13-17
• 1.3.1 沼气发酵机理13-14
• 1.3.2 温度14-15
• 1.3.3 pH15
• 1.3.4 C/N15
• 1.3.5 固体浓度15-16
• 1.3.6 接种物浓度16
• 1.3.7 预处理16-17
• 2 材料与方法17-22
• 2.1 材料17
• 2.1.1 试验材料17
• 2.1.2 供试培养基17
• 2.2 方法17-19
• 2.2.1 试剂配制方法17
• 2.2.2 标准曲线绘制方法17-18
• 2.2.3 粗酶液制备方法18
• 2.2.4 CMC酶活测定方法18-19
• 2.3 试验内容19-22
• 2.3.1 纤维素降解菌的初筛19
• 2.3.2 高效纤维素降解菌的复筛19-20
• 2.3.3 复合菌剂的构建20
• 2.3.4 纤维素降解菌复合系产酶条件研究20-21
• 2.3.5 复合菌剂预处理秸秆对厌氧发酵产沼气的影响研究21-22
• 2.4 数据处理和分析方法22
• 3 结果与分析22-40
• 3.1 纤维素降解菌的筛选结果22-26
• 3.1.1 纤维素降解菌的初筛结果22-23
• 3.1.2 纤维素降解菌的复筛结果23-26
• 3.2 纤维素降解菌复合系的构建26
• 3.2.1 菌株间拮抗关系26
• 3.2.2 纤维素降解菌复合系的构建26
• 3.3 菌种鉴定结果26-27
• 3.4 纤维素降解菌复合系产酶条件研究27-31
• 3.4.1 培养起始pH对复合系产酶的影响27
• 3.4.2 培养温度对复合系产酶的影响27-28
• 3.4.3 培养时间对复合系产酶的影响28
• 3.4.4 碳源对复合系产酶的影响28-29
• 3.4.5 氮源对复合系产酶的影响29-30
• 3.4.6 最佳培养条件正交试验设计30-31
• 3.5 复合菌剂堆沤预处理秸秆对比试验31-35
• 3.5.1 添加复合菌剂对堆沤过程中还原糖含量的影响31-32
• 3.5.2 添加复合菌剂对堆沤过程中总碳和总氮含量的影响32-34
• 3.5.3 添加复合菌剂对堆沤过程中纤维素、半纤维素和木质素含量的影响34-35
• 3.6 不同预处理对厌氧沼气发酵的影响35-40
• 3.6.1 不同预处理对产气量的影响35-37
• 3.6.2 不同预处理对发酵过程中pH值的影响37-38
• 3.6.3 不同预处理对发酵过程中纤维素、半纤维素和木质素含量的影响38-40
• 4 讨论40-42
• 4.1 高效纤维素降解菌的筛选及复合系的构建40-41
• 4.2 高效菌株复合系培养条件的优化41
• 4.3 复合菌剂的应用效果41-42
• 5 结论42-44
• 参考文献44-49
• 致谢49

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