常温降解玉米秸秆复合菌系及其 微生物多样性研究

作者:邓兵;贾军;艾士奇;晏磊;高亚梅;王彦杰;王伟东; 刊名:可再生能源 上传者:孙庭

【摘要】为了能够在常温条件下高效降解玉米秸秆,从常年种植玉米的农田土壤中选取土样,通过连续的限制性培养,以纤维素降解率为筛选主要指标,得到了一组高效纤维素分解复合菌系.复合菌系木质纤维素最适的分解温度为30℃,pH值为8,此时滤纸和玉米秸秆的降解率分别为66.5%和66.1%,玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.0%,85.1%和34.4%.通过高通量测序方法分析了复合菌系的微生物多样性,结果表明:在属的水平上,复合菌系主要由33.9%假单胞菌属(Pseudomonas),11.8%拟杆菌属(Bacteroides),6.9%食酸菌属(Acidovorax),3.8%产碱杆菌属(Alcaligenes),1%丁酸弧菌属(Butyrivibrio)等组成;在种的水平上,菌系主要由2%粪产碱杆菌(Alcallgenes-faecalis),1.5%空气除氮微枝杆菌(Microvirgula-aerodenitrificans)等组成.常温复合菌系能高效分解纤维素、半纤维素等成分,在寒区农业废弃物资源化利用方面有着一定的应用潜力.

全文阅读

0前言我国每年秸秆产量在7.5亿~9.0亿t,由于秸秆收储运等环节成本高,加之一些地方缺乏大型农机具,秸秆还田有时对后茬作物生产带来不利影响,有效地资源化利用秸秆难度大,秸秆废弃率超过30%[1]。挖掘高效的秸秆分解微生物资源、开发相应的秸秆生物处理和资源化利用技术是我国农业废弃物资源化利用急需解决的问题。秸秆的主要成分是木质纤维素,关于秸秆分解微生物资源的研究主要集中在能够分解木质纤维素的微生物方面。研究表明,复合菌系比纯培养菌株具有更强的木质纤维素分解能力[2]~[6],已有多组具有良好的木质纤维素分解能力的菌群从不同的环境中被筛选出来[7]~[11]。现有研究表明,学者们更加注重对木质纤维素分解过程中多种菌株协同作用的研究。王伟东等筛选并构建了两组木质纤维素降解复合菌系MC1和WSC-6,这两组复合菌系均在50~60高温条件下才具有较强的木质纤维素降解能力[2],[12]~[16],而高温在自然环境中很难达到。另外,较高温度的培养条件也会带来更多的能量消耗。因此,开发常温或低温条件下能够高效降解木质纤维素的复合菌系在实际应用中显得尤为重要。1921年Pringsheim首次从土壤中分离出纤维素分解菌,之后学者们开始对作物秸秆的微生物降解展开深入研究。目前,对秸秆作物降解菌的研究主要集中在常温(25~30)和高温(50~60)条件下纤维素降解菌的分离及筛选、降解特性、降解条件的确定、菌株鉴定等相关方面。郭夏丽[17]筛选的秸秆降解复合菌剂在28培养10d,玉米秸秆降解率达到45.5%;刘尧[18]筛选出的复合菌系在22培养16d,玉米秸秆降解率达到38.5%。总体而言,复合菌系对于秸秆的分解率并不高,基本低于50%。另外,有些微生物对于分解底物具有较强的特异性,或有较强的地域特点。因此,对于微生物的分离筛选需要考虑底物以及应用地区的生态特点。秸秆作为新型生物质资源,在当前社会可持续发展中占有越来越重要的经济地位[19]。秸秆沼气的发展不仅可实现农业废弃物资源的循环利用、改善农村环境和降低温室气体排放,而且还能解决禽畜粪便沼气工程面临的严峻问题[20]。黑龙江省地处寒区,玉米秸秆产量极大。本研究以黑龙江省寒区玉米秸秆为分解对象,试图筛选出一组能够在常温条件下高效分解玉米秸秆的复合菌系,研究其分解特性,分析微生物组成多样性,为研究复合菌系分解纤维素机理奠定基础,并为其用于秸秆分解和秸秆沼气工程预处理提供依据。1材料与方法1.1复合菌系筛选过程1.1.1复合菌系筛选用培养基蛋白胨纤维素培养基(PCS)蛋白胨纤维素培养基的组成:蛋白胨5.0g,纤维素5.0g(新华滤纸和碱液处理过的玉米秸秆),NaCl5.0g,CaCO32.0g,酵母1.0g。上述所有成分溶解在1L水中,pH自然,1.0105Pa灭菌30min,接种量为整个体系体积的5%,30、微好氧条件下静止培养。1.1.2秸秆预处理方法对试验选取的玉米秸秆进行预处理,其方法是将收割成熟的干秸秆剪成5cm左右,然后纵向切丝,放入容器中用1.5%的氢氧化钠溶液浸泡48h,再用清水浸泡1~2d,用自来水反复冲洗,最后用盐酸调节pH到7.0,80烘干备用。以下不作特殊说明,试验所用的玉米秸秆均为碱处理后的秸秆。1.1.3复合菌系的筛选方法从常年种植玉米的农田土壤中取样,将5g土壤样品加入三角瓶中,加入100mL配置好的培养基和1g处理过的玉米秸秆,放入滤纸作为分解的外观指标,30静止培养。待滤纸分解时,取5mL培养液加入到同样的培养基中,一直继代培养,淘汰分解力弱的,留下分解能力强的培养物,直到10代以

参考文献

引证文献

问答

我要提问