高效降解水稻秸秆复合菌群的构建及其降解效能

摘要

中国正处于农业经济高速发展的快车道，具有人口稠密，地域辽阔的特点。我国每年产生的农作物秸秆总量数值惊人，可达8亿吨。其中，水稻秸秆所占比例位居榜首。通过构建复合菌群，应用生物降解的方式处理水稻秸秆不仅能够提高土壤肥力，改善土壤结构，而且能够有效解决资源再利用和降低生产成本的问题。这对于生物质资源转化循环利用，降低环境污染程度具有重要意义。
　　采用CMC-Na培养基从水稻秸秆腐殖质中分离筛选出具有纤维素降解能力的菌株L4，通过形态学水平，培养特征观测和16S rDNA序列测定三个层次进行种属鉴定工作，最终确定该菌株为灰略红链霉菌（Streptomyces griseorubens）。同时测定了透明圈直径大小以及秸秆发酵体系中纤维素酶活变化规律，研究表明该菌株具有降解秸秆的优良特性。结合纤维素酶的组成特点，依据不同菌株的产酶特性，我们选取了菌株L4，黑曲霉和绿色木霉用于构建功能互补且酶系完备的复合菌群。根据拮抗性检测实验结果显示，三者之间不存在相互抑制能力。功能互补性验证实验显示复合菌群与单个菌株比较来看，对于水稻秸秆各化学组分的降解能力均有显著提高。
　　系统地分析了复合菌群在秸秆发酵体系中的纤维素酶活和木质素酶活的变化规律，结果显示CMCase和β-1,4-葡聚糖酶的酶活峰值大小分别为83.89U/mL和66.56U/mL，木聚糖酶活峰值大小为191.82U/mL，木质素酶中的锰过氧化物酶活峰值大小为8.21U/mL。相对于菌株L4，四种纤维素酶组分和木聚糖酶活水平均有显著提高，锰过氧化物酶活峰值大小提高到2.45倍。
　　测定了水稻秸秆各化学组分的含量变化，结果显示发酵周期结束后秸秆中半纤维素降解率高达56.87％，纤维素降解率相对于前者略低为44.19%，对于木质素的降解利用相对较弱，仅为18.46%。与菌株L4比较来看，纤维素降解率提高到1.58倍，半纤维素降解率提高到1.14倍，研究表明复合菌群分解利用秸秆的能力更强，降解程度更为显著，但复合菌群对于木质素的降解利用远不及秸秆组分中的碳水化合物。
　　探讨了pH和温度对于复合菌群降解效能的影响，得到最佳条件为pH7.0，温度为34℃。利用扫描电镜观察水稻秸秆降解前后的整体结构变化，从而进一步验证了复合菌群降解水稻秸秆的高效性。

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目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外对水稻秸秆的研究现状

1.3 课题研究的目的意义及内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 降解水稻秸秆菌株的筛选鉴定及复合菌群的构建

3.1 降解水稻秸秆菌株的筛选

3.2 降解水稻秸秆菌株的鉴定

3.3 降解水稻秸秆菌株产纤维素酶能力检测

3.4 降解水稻秸秆复合菌群的构建

3.5 本章小结

第4章 复合菌群降解水稻秸秆效能分析

4.1 秸秆发酵体系中复合菌群酶活性变化规律

4.2 复合菌群降解水稻各组分含量变化规律

4.3 影响复合菌群降解效能因素的探究

4.4 水稻秸秆降解效果的扫描电镜分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢