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近年来,我国北方冬季平均气温偏低、降水量少,农业生产活动产生的秸秆逐年增加,秸秆主要成分为纤维素,在低温条件下短期内不易腐解,废弃的秸秆已经成为农业生产中的障碍。因而筛选适应低温田间环境的秸秆降解微生物,组建高效秸秆降解菌群,加速秸秆原位还田的腐解过程,可为我国秸秆资源的充分利用、地力培肥和生态农业的可持续发展提供理论依据和技术支撑。本研究采用初筛、复筛、DNS显色法、分子生物学鉴定、单因素试验等方法从低温表层土壤以及部分腐殖土中筛选低温纤维素降解菌,并对其构建的复合菌系进行产酶条件的响应面优化研究,主要研究结果如下:(1)经过初筛、复筛分离纯化得到43株低温纤维素降解单菌,在低温4~20℃仍能降解纤维素,结合刚果红染色和酶活性试验发现,只有3株单菌(X24、X26和X37)符合耐低温并产酶高效的筛选要求。经菌落形态学、分子生物学鉴定,菌株X24为嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia),菌株X26为约氏黄杆菌(Flavobacterium johnsoniae),菌株X37为泛菌属(Pantoea rodasii),三株菌株均为革兰氏阴性菌。各单菌间无拮抗反应,进而构建低温高效复合菌系4组:A(X24+X26),B(X24+X37),C(X24+X26+X37),D(X26+X37)。(2)纤维素酶活力测定结果表明,复合菌系C的产酶能力高于各单菌和其余复合菌系。菌株X37是三株单菌中各项酶活力最高的,12℃培养3d,其CMC酶活力为20.82U/mL、滤纸酶活力为13.68 U/mL、β-葡萄糖苷酶酶活力为12.03U/mL;在所有复合菌系中,复合菌系C产酶能力最突出,12℃培养3d,其CMC酶活力为26.96U/mL、滤纸酶活力为19.73 U/mL、β-葡萄糖苷酶酶活力为14.69U/mL。(3)45d固态液态低温发酵试验显示,相比自然状态下秸秆的降解率,菌株X37液态发酵秸秆降解率提高了30.63%,固态发酵秸秆降解率提高了22.25%;复合菌系C液态发酵降解率提高了39.86%,秸秆的固态发酵降解率提高了30.1%,显著高于其他单菌株和复合菌系A、B、D。这说明复合菌系C对农作物秸秆具有较强的降解能力。(4)单因素试验结果初步确定菌系C的最佳产纤维素酶条件为培养时间96h、接种量4%、温度12℃、pH 6.0。经DesignExpert 8.0软件响应面分析优化,模型拟合性良好,复合菌系产CMC酶活最优条件预测为:接种量4.6%,温度12.5℃,培养时间98 h,pH6.4。经验证,菌系实际产CMC酶活力为(26.26±0.15)U/mL,与模型预测值(26.19U/mL)非常接近,比优化前提高了1.75 U/mL,优化率为7.13%,表明该模型可预测试验结果。综上,低温高效玉米秸秆降解复合菌系的组分为:嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia),约氏黄杆菌(Flavobacterium johnsoniae)和泛菌属(Pantoea rodasii),具有耐低温的特性和较高的纤维素产酶能力。因此,该低温玉米秸秆降解复合菌系的选育对于提高低温环境下秸秆的综合利用率、提高土壤肥力具有十分广阔的应用前景和研发价值。