稻秆降解过程中可培养微生物群落动态变化及优势菌的筛选

摘要

秸秆资源作为一种有潜质的生物质能源，在自然界中分解速度较慢。由于微生物能产生多种多样的木质纤维素酶类，在秸秆降解过程中发挥着重要作用，且因耗能较低，效率较高而被广泛应用。研究自然条件下降解秸秆的各种功能菌群落结构的消长，一方面可以揭示秸秆在土壤中的降解规律，另一方面有助于筛选高效秸秆降解菌剂。
　　本研究通过分析南京地区江宁、八卦洲、紫金山三个试验点土壤预埋水稻秸秆的降解过程，利用微生物纯培养技术，富集分离秸秆腐解过程中不同时间段（秸秆填埋后的2周、4周、6周、8周、12周、16周）的细菌与真菌。通过对菌株的定量随机筛选及鉴定，研究可培养微生物的群落变化规律及其参与秸秆降解的优势茵，并根据所筛选菌株的降解秸秆能力进而构建高效秸秆降解复合菌系。所获的主要研究结果如下:
　　在不同地点，不同时间秸秆降解残体中共筛选纯化获得细菌32×6×3=576株，真菌24×6×3=432株。通过分子生物学鉴定，发现所分离到的576株细菌分属于34个属种，分为4大门类，其中放线菌分支（1个属种）:阿氏节杆菌（Arthrobacterarilaitensis）;拟杆菌分支（2个属种）:鸭疫里默氏杆菌（Riemerella anatipestifer）和气味类香菌（Myroides odoratimimus）;厚壁菌分支（12个属种）主要包括芽孢杆菌及葡萄球菌;变形菌分支（19个属种）主要包括假单胞菌属、不动杆菌属、杆菌属等。432株真菌分属于17个属种，分为2大门类，其中接合菌分支（3个属种）:根霉（Rhizopus sp.）、米根霉（Rhizopus oryzae）及横梗霉（Lichtheimiaramosa）;其余主要为子囊菌分支（14个属种）包括曲霉属、青霉属、镰刀菌属等。
　　三个地点不同时间段可培养微生物的群落结构表现出一定的规律:细菌参与秸秆降解的过程，芽孢杆菌作为优势菌存在于不同地点整个进程中，尤其是解淀粉芽孢杆菌与短小芽孢杆菌。真菌主要以曲霉属的烟曲霉、黑曲霉、黄曲霉作为优势菌株参与整个进程。微生物群架结构组成基本维持一个此消彼长的过程，既有新菌株的出现，也会出现部分菌株的消失，但整个降解过程优势菌保持不变。三个不同地点出现的仅适应各自环境的菌株差异性较大，即仅在一个地点分离得到的微生物种类占一半以上，其中细菌株类差异性达61.8％，真菌株类差异性达64.7％。
　　菌株木质纤维素酶活力与降解秸秆能力结果表明，相对酶活较高的菌株一般出现在秸秆降解过程中后期阶段，细菌中如球形赖氨酸芽孢杆菌在江宁点第二阶段、八卦洲点的二、三阶段被富集分离，普罗威斯登菌出现在八卦洲、紫金山点秸秆降解的第五阶段;真菌中的青霉属筛选于江宁点稻秆降解的中后期及八卦洲点的中期阶段。优势菌如芽孢杆菌、曲霉属数量较多但酶活相对不高，而酶活较低的菌株出现的概率极小，一般在某个点某一阶段被分离，且数量较少，符合秸秆富集菌株的一般规律。
　　选择4株产酶能力强的菌株Penicillium oxalicum、Aspergillus fumigatus、Lysinibacillus sphaericus及Providencia sneebia进行全组合复配降解秸秆试验，结果表明，随着菌株种类的增加，微生物群落能够产生更多更稳定的木质纤维素类酶类，从而提高秸秆的降解效率与降解稳定性。构建复合菌系降解秸秆发现，4株菌液体发酵降解秸秆8d后，相对降解率可达31.4％。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1 秸秆主要组成成分

1．3 半纤维素

1．4 木质素

2 木质纤维素水解酶的研究进展

2．1 纤维素酶

2．2 半纤维素酶

2．3 木质素酶

3 秸秆降解菌剂的类型

4 群落动态变化的研究进展

5 秸秆复合菌的研究

6 群落动态变化的研究方法

6．1 荧光原位杂交技术

6．2 基于PCR的遗传指纹图谱分析法

6．3 可培养方法

7 研究内容及意义

7．1 技术路线

第二章 可培养微生物的分离鉴定及群落动态变化

1 材料和方法

1．1 材料

1．2 方法

1．3 菌株的鉴定

2 结果与分析

2．1 菌株鉴定结果

2．2 发育树的构建

2．3 不同地点可培养微生物的群落组成

2．4 可培养微生物的动态变化

3 讨论

4 小结

第三章 可培养菌株降解秸秆效果研究

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 方法

2 结果与分析

2．1 秸秆降解菌的初筛

2．2 液体摇瓶培养8 d菌株对秸秆的降解率

3 讨论

4 小结

第四章 高效降解秸秆复合菌系的构建

1 材料与方法

1．1 材料

1．2 方法

2 结果与分析

2．1 供试菌株发育树构建

2．2 供试菌株产酶特征曲线

2．3 菌株兼容性试验

2．4 复合菌株的降解效果研究

3 讨论

4 小结

全文结论

创新点

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表论文

致谢