钾页岩菌肥的菌种选育及其高密度发酵工艺研究

摘要

近年来随着种植业结构的调整，农作物产量和复种指数的不断提高，土壤中氮、磷、钾元素的消耗量不断增加，三种元素缺乏地区逐步扩大。为了维持土壤肥力，人们已习惯在农田施加化学肥料。这种做法虽然可以快速有效地改善土壤肥力，提高农作物产量，但是长期以往容易造成土壤板结，破坏土层结构，反而使产量下降。为此，农家肥和新型微生物菌肥等肥料受到人们的青睐。微生物菌肥是一类可双向调节土壤肥力、环保安全的新型绿色肥料。
　　地质调查表明，太行山和吕梁山蕴藏着数以亿吨计的钾页岩矿。钾页岩是富含钾元素的沉积岩，是制造钾肥的重要矿物原料。经化验，该矿不仅富含钾元素，还含有磷、硫、铁、锌、铜、锰、钼、硼、硒、钠等多种植物生长需要的微量元素，是制造微生物菌肥的重要矿物原料。然而，这些钾盐、磷盐以矿化形态固持，不能被农作物直接吸收利用，需要相关微生物将其转化，纳入生物循环过程。
　　本文的研究目的在于从钾页岩矿分离释解钾页岩的土著菌株，对其进行诱变育种，改善生产性状，获得优良菌株，进而研究发酵条件，建立发酵生产工艺，为研发一种微生物钾肥做菌种准备。
　　本文以钾页岩溶解圈为指标，应用平板分离法初筛，以解钾力测试法进行复筛，获得到一株分解钾页岩能力很强的解钾菌，经分类鉴定，定名胶质芽孢杆菌HSC。该菌株菌体浓度能达到1.6×109cfu/mL，芽孢产量达到1.2×109cfu/mL芽孢转化率为75％，解钾能力为2.3μg/mL。再经紫外线、N14+离子束诱变，得到优良菌株胶质芽孢杆菌HSCUP-76-8。该菌株的解钾能力达到2.8μg/mL，菌体浓度达到2.3×109cfu/mL，芽孢产量达到1.9×109cfu/mL芽孢转化率高达82.6%。
　　进行了胶质芽孢杆菌HSCUP-76-8发酵条件研究，用单因子试验与正交试验优化了培养基配方和培养条件，即培养温度32℃，pH值7.5，通气量1:1。根据胶质芽孢杆菌HSCUP-76-8的菌体生长曲线及规律，建立两阶段控制模型，即菌体生长阶段和芽孢转化阶段，分别有差别控制发酵条件，最终可使发酵液中HSCUP-76-8菌体浓度高达2.8×109cfu/mL，最终发酵液中HSCUP-76-8芽孢数达到2.3×109cfu/mL，芽孢转化率为82%。两阶段高密度发酵法的发酵周期为32～48小时。
　　本文从钾页岩矿区成功分离筛选到解钾菌，获得生产性状优良的诱变菌株，建立了两阶段高密度发酵工艺，为钾页岩菌肥的生产与应用奠定了基础。

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第一章 文献综述

1.1微生物肥料的研究现状[17-18]

1.1.1根瘤菌与固氮菌类菌肥

1.1.2解磷菌类菌肥

1.1.3硅酸盐菌类菌肥

1.2菌肥的生产

1.2.1固态微生物肥料堆肥工艺

1.2.2 液态生物发生器发酵法

1.2.3菌肥的制备及使用概要

1.3立题目的与研究意义

第二章 解钾菌株的筛选

2.1材料与方法

2.1.1主要材料与模式菌株

2.1.2仪器设备

2.1.3培养基

2.1.4采样方法

2.1.5筛选方法

2.1.6菌种鉴定并保存

2.1.7发酵试验

2.2结果与分析

2.2.1初筛

2.2.2复筛

2.2.3菌种鉴定

2.2.4 HSC的分批发酵

2.3本章小结

第三章 解钾菌株的诱变育种

3.1材料和方法

3.1.1菌种从钾页岩矿粉自行分离的菌种HSC。

3.1.2 主要仪器设备

3.1.3 培养基

3.1.4诱变方法

3.2结果与分析

3.2.1胶质芽孢杆菌HSC的紫外诱变

3.2.2 胶质芽孢杆菌HSCU-76的N14+离子束注入诱变

3.3本章小结

第四章 解钾菌的发酵条件优化及高密度发酵

4.1材料与方法

4.1.1菌种

4.1.2仪器

4.1.3培养基

4.1.4方法

4.1.5分批发酵

4.1.6两阶段控制和高密度发酵

4.1.7化验方法

4.2结果与分析

4.2.1单因素试验结果

4.2.2正交试验结果

4.2.3 分批发酵试验结果

4.2.4 两阶段高密度发酵的设计及结果

4.3小结

总结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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