秸秆降解菌的选育及复配研究

【摘要】： 农药化肥的大量使用,土壤有机质补充的严重不足,使我国土壤质量呈下降趋势。与此同时,我国农作物秸秆过剩问题凸现,相继产生秸秆焚烧等问题,既污染环境,又浪费资源。秸秆还田可补充土壤有机质,维持土地利用的物质平衡,有利于农业可持续发展。但简单的直接还田会给农业生产带来许多不利影响,配施适当的秸秆降解菌剂是解决该问题的有效方法。本研究根据秸秆的组成、结构及特性,通过菌种筛选、组合和菌系驯化,以构建高效的秸秆降解菌系,研究结果如下: 1.从腐烂秸秆、牛粪堆肥、菜园土等处筛选得到了5株纤维素酶活较高、酶系组成合理、对秸秆有较强降解能力的真菌,编号分别为X1-X5,其中X1菌的酶活最高,酶系组成也较合理,其固态发酵的C_x、C_b、C_1、FPA等纤维素酶及半纤维素酶分别为53.6U/mL、69.7 U/mL、9.5 U/mL、11.6 U/mL和2341.5 U/mL,其秸秆降解率高达40.2%。 2.采用紫外线与亚硝酸结合对X1进行两代诱变育种,得到了1株性能明显提升的菌种Y11-4,其FPA、C_x、C_b、C_1、半纤维素酶及秸秆降解率与X1相比分别提高了13.2%、18.7%、27.9%、46.8%、44.1%和11.5%。 3.经苯胺兰脱色平板和鞣酸平板初筛及木质素降解相关酶活性测定复筛,得到4株高效的木质素降解菌,其中“L3”的木质素过氧化物酶活最高,达到了13.5 U/mL。酵母菌具有分泌生长因子促进其它微生物生长的作用,筛选得到的酵母茵J6同时具有代谢木糖和葡萄糖的能力,并且具有适度的产酸能力,可以缓解纤维素、半纤维素降解过程中的代谢产物抑制,促进秸秆的降解。 4.以秸秆为唯一碳源,通过限制性续代培养及菌系组配,得到了一个来源于森林土和竹林土的驯化系组合,其秸秆降解率为38.3%。通过菌种组配,得到由纤维素降解菌、木质素降解菌、促生酵母菌组成的秸秆降解菌组合:Y11-4+X2+L3+J6,进一步将驯化系与组合菌复配,得到秸秆降解菌剂的秸秆降解率为45.7%。 5.通过对降解过程中pH、水分、酶活性、微生物组成及秸秆降解率连续14天的动态检测,考察了菌剂的稳定性。结果表明,在整个降解过程中培养基的pH和水分基本保持稳定;各项酶活及真菌数量在经过一定的水平阶段后有所下降,但仍能保持较高水平,细菌以真菌在秸秆降解过程中的代谢产物为营养物质,生长繁殖较快,数量一直稳步上升,秸秆降解率在整个降解过程中也一直处于稳步上升阶段。 6.通过对秸秆还田过程中主要影响因素的考察,确定了秸秆降解的最佳初始条件:最佳接种量为4%,培养基最佳初始pH为5.0,每千克秸秆氮和钾的最佳补充量分别为11.6 g和12.6 g,而P补加量越大越有利于降解。 【关键词】：秸秆还田 木质纤维素降解 诱变育种 驯化 菌种组合
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X712
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 文献综述9-17
• 1.1 秸秆资源利用现状9-10
• 1.2 秸秆还田研究概况10-13
• 1.2.1 秸秆还田的方式10-11
• 1.2.2 秸秆还田的影响11-13
• 1.3 秸秆的组成及生物降解13-15
• 1.3.1 纤维素的结构及生物降解13-14
• 1.3.2 半纤维素的结构及生物降解14
• 1.3.3 木质素的结构及生物降解14-15
• 1.4 秸秆生物降解研究趋势15
• 1.5 课题的提出及意义15-16
• 1.6 技术路线16-17
• 第二章 纤维素降解菌的筛选17-25
• 2.1 材料与方法17-20
• 2.1.1 菌种来源17
• 2.1.2 培养基17-18
• 2.1.3 菌种富集18
• 2.1.4 菌种初筛18
• 2.1.5 菌种复筛18
• 2.1.6 酶活性测定18-19
• 2.1.7 秸秆降解率测定19
• 2.1.8 菌种形态观察19-20
• 2.2 结果与分析20-24
• 2.2.1 菌种初筛20
• 2.2.2 标准曲线测定20-21
• 2.2.3 菌种复筛结果21-22
• 2.2.4 秸秆降解率测定结果22-23
• 2.2.5 菌种形态观察结果23-24
• 2.4 小结24-25
• 第三章 纤维素降解菌的诱变育种25-31
• 3.1 材料与方法25-27
• 3.1.1 菌种来源25
• 3.1.2 培养基25
• 3.1.3 方法25-27
• 3.2 结果与分析27-30
• 3.2.1 紫外诱变最佳剂量确定27
• 3.2.2 亚硝酸诱变最佳剂量确定27-28
• 3.2.3 复合诱变剂量确定及诱变处理28
• 3.2.4 第一代诱变菌种性能的测定28
• 3.2.5 第二代诱变菌种性能测定28-30
• 3.3 小结30-31
• 第四章 木质素降解菌及酵母菌的筛选31-37
• 4.1 材料与方法31-33
• 4.1.1 菌种分离来源31
• 4.1.2 培养基31-32
• 4.1.3 方法32-33
• 4.2 结果与分析33-36
• 4.2.1 酵母菌筛选33-34
• 4.2.2 木质素降解菌筛选结果34-35
• 4.2.3 木质素降解菌的形态特征35-36
• 4.3 小结36-37
• 第五章 驯化系的构建及性能测定37-41
• 5.1 材料与方法37-38
• 5.1.1 材料37
• 5.1.2 方法37-38
• 5.2 结果与分析38-40
• 5.2.1 样品初筛38-39
• 5.2.2 驯化系酶活性及秸秆降解率测定结果39-40
• 5.3 小结40-41
• 第六章 菌种组合及降解条件优化41-52
• 6.1 材料与方法41-43
• 6.1.1 菌种来源41
• 6.1.2 培养基41-42
• 6.1.3 单菌种复合42
• 6.1.4 菌剂制备42
• 6.1.5 菌剂降解稳定性测定42
• 6.1.6 秸秆降解条件优化实验42-43
• 6.2 结果与分析43-50
• 6.2.1 菌种复合43-44
• 6.2.2 复合系的稳定性测定44-47
• 6.2.3 秸秆降解条件优化研究47-50
• 6.3 小结50-52
• 展望52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57

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