【摘 要】
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农作物秸秆是一种重要的富含有机质（80%～90%）的生物质资源,因其结构的致密性影响微生物的生物转化效率。因此以秸秆作为原料生产沼气时,通过生物预处理方式,破坏秸秆中的木质素、纤维素以及半纤维素交联程度,在低能耗低成本下增加沼气发酵的水解产酸速度,从而提高甲烷产量。秸秆中最难降解的成分为木质素,因此定向选育高效木质素降解菌,构建稳定高生物转化能力的秸秆水解产酸菌系尤为重要。本研究利用限制性培养技术
【基金项目】
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黑龙江省“揭榜挂帅”科技攻关课题；
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农作物秸秆是一种重要的富含有机质（80%～90%）的生物质资源,因其结构的致密性影响微生物的生物转化效率。因此以秸秆作为原料生产沼气时,通过生物预处理方式,破坏秸秆中的木质素、纤维素以及半纤维素交联程度,在低能耗低成本下增加沼气发酵的水解产酸速度,从而提高甲烷产量。秸秆中最难降解的成分为木质素,因此定向选育高效木质素降解菌,构建稳定高生物转化能力的秸秆水解产酸菌系尤为重要。本研究利用限制性培养技术,定向分离筛选出三株具有较高木质素降解性能的菌株。利用形态学与分子生物学分析确定优势菌株的种类,针对单菌株进行碳源,氮源及金属离子添加量的单因素产酶条件优化。通过对比产酶活力大小,确定复合菌系产酶性能优于单菌株。采用响应曲面法确定复合菌株最优产酶条件。并将复合菌株和单株菌株应用于秸秆水解实验,探究水解时间,菌液添加量等条件对水解液中挥发性脂肪酸含量以及秸秆中木质纤维素降解率的影响,研究主要结果如下:（1）以来自浙江省白冠山风景区腐木为样本,通过限制性培养进行连续初筛和复筛,最后获得三株稳定且具有较高木质素降解能力的菌株,分别命名为HJ4,SP8,LZ10。通过菌株18s DNA序列测定最终确定菌株HJ4为特鲁斯曲霉（Aspergillus terreus）,漆酶酶活为（108.01±5.99）U/L,木质素过氧化物酶酶活为（112.04±6.98）U/L,锰过氧化物酶酶活为（97.72±4.55）U/L;菌株SP8为布氏枝孢菌（Cladosporium bruhnei）,漆酶酶活为（106.42±7.43）U/L,木质素过氧化物酶酶活为（89.45±7.21）U/L,锰过氧化物酶酶活为（113.45±6.99）U/L;菌株LZ10为黄色镰刀菌（Fusarium culmorum）,漆酶酶活为（95.56±4.56）U/L,木质素过氧化物酶酶活为（96.33±4.56）U/L,锰过氧化物酶酶活为（99.76±5.23）U/L。（2）对三株优势菌株进行单因素优化,确定菌株HJ4,SP8,LZ10的最佳碳源为大豆秸秆,最佳添加量分别为12.5 g/L、10 g/L、10 g/L;菌株HJ4,SP8的最佳氮源为豆粉,最佳添加量分别为2 g/L、3 g/L,菌株LZ10的最佳氮源为酵母粉,最佳添加量为4 g/L;菌株HJ4,SP8,LZ10的钾离子最佳添加量分别为0.3 g/L、0.2 g/L、0.3 g/L;铜离子的最佳添加量分别为0.4g/L、0.3 g/L、0.2 g/L,铁离子的最佳添加量为0.3 g/L、0.2 g/L、0.2 g/L。（3）利用响应曲面法对复合菌系进行产酶条件优化,确定理论最优培养条件为反应有效体积为78 m L,接种量为12.3%,碳氮比值为22.5,培养时间为6天。最优条件下漆酶活性达到512.76 U/L。验证实验结果与模拟结果接近,可以确定模型的可靠性。（4）利用间歇实验,分别利用单株菌株与复合菌系进行秸秆水解性能研究,在菌液添加量为8%时,菌株SP8、HJ4、LZ10处理组中秸秆水解液p H值分别为4.62,4.61,4.66,乙酸含量为179.36 mmol/L,185.36 mmol/L,169.23 mmol/L,复合菌系处理的秸秆水解液p H值为4.21,乙酸含量为192.35 mmol/L,复合菌系水解秸秆性能优于单株菌株。
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