【摘 要】
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玉米秸秆是一种廉价的、可以再生的纤维素类生物资源。由于玉米秸秆中天然纤维素结构的复杂性、高惰性,使得其自然降解比较困难,造成了资源的浪费和环境的污染。微生物作为降解纤维素的一种方法,由于其反应条件温和,投资小,成本低,无污染,受到了越来越多的关注。放线菌与其他微生物相比具有多种优点,例如:能够产生和分泌多种水解酶,结构简单、便于遗传分析且可以改善土壤环境,具有耐热性、代谢多样性和对极端环境的适应性
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玉米秸秆是一种廉价的、可以再生的纤维素类生物资源。由于玉米秸秆中天然纤维素结构的复杂性、高惰性,使得其自然降解比较困难,造成了资源的浪费和环境的污染。微生物作为降解纤维素的一种方法,由于其反应条件温和,投资小,成本低,无污染,受到了越来越多的关注。放线菌与其他微生物相比具有多种优点,例如:能够产生和分泌多种水解酶,结构简单、便于遗传分析且可以改善土壤环境,具有耐热性、代谢多样性和对极端环境的适应性等特点。目前有研究结果表明,放线菌有相对高的纤维素酶活,且通过构建复合菌群的手段可以提高纤维素酶的生产能力,达到有效利用秸秆纤维素的目的。寒地黑土是具有深厚腐殖质层的高寒黑色土壤,是菌种筛选的独特资源。本研究从牡丹江市的寒地黑土中筛选、构建了一组具有纤维素降解能力的复合菌群,并对其降解玉米秸秆的效能进行了分析,最后对放线菌新种HUCO-GS316进行分类鉴定。主要研究内容和结果如下:（1）高效降解纤维素放线菌的筛选:利用高氏一号培养基（Gause’s synthetic agar no.1,GS）、纤维素-脯氨酸培养基（Cellulose-proline Medium,CPA）、氨基酸培养基（Amino acid Medium,AAG）和甜醇-脯氨酸培养基（Dulcitol-proline Medium,DPA）从牡丹江的寒地黑土中筛选放线菌,然后针对具有纤维素酶活性的潜在菌株进行初筛实验和复筛实验。结果表明:从寒地黑土中共筛选出129株不同的放线菌。在初筛实验中,有8株菌产生了明显的透明圈,通过复筛实验得到3株产纤维素酶能力较好的菌株。（2）纤维素降解菌的鉴定:通过形态特征及分子生物学水平对分离获得的具有纤维素降解能力的菌株进行初步鉴定。结果表明:菌株GS-3-39、GS-4-21和CPA-3-4的形态学观察结果符合放线菌的形态特征。菌株GS-3-39的16S r RNA序列共1,507 bp,确定其属于小单孢菌属;菌株GS-4-21的16S rRNA序列共1,518 bp,确定其属于链霉菌属;菌株CPA-3-4的16S r RNA序列共1,518 bp,确定其属于链霉菌属。（3）复合菌群的构建及对玉米秸秆的降解:构建复合菌群,采用响应曲面法优化复合菌群降解玉米秸秆的条件,最后采用扫描电镜观察降解前后的玉米秸秆结构变化,范式洗涤法测定主要成分含量的变化。研究发现:菌株GS-3-39、GS-4-21和CPA-3-4之间不存在拮抗现象,可以进行复合菌群的构建。其中组合1的酶活力最高,其FPA酶活、C1酶活、CX酶活和β-葡萄糖苷酶酶活分别达到了24.12±1.26 U/m L、25.31±0.42U/m L、55.80±0.74 U/m L和49.13±0.29 U/m L。在培养基初始pH 7、接菌量3%、28℃、180 rpm发酵5 d时,复合菌群对玉米秸秆的降解效果良好,降解率达38.24%。其中纤维素、半纤维素和木质素分别降解了33.97%、34.08%和21.52%。扫描电镜结果显示:复合菌群对玉米秸秆具备较好的降解能力。（4）放线菌新种HUCO-GS316的分类鉴定:对16S r RNA序列相似度＜99%的菌株HUCO-GS316进行分类鉴定和全基因组测序。结果显示:菌株HUCO-GS316的16S rRNA序列相似度为98.55%（Streptomyces cyslabdanicus）且与其相似度高的菌株都是链霉菌属,在系统发育树中与Streptomyces Kebangsaanensis SUK12T（98.44%）形成一个单独的分支,确定其属于链霉菌属。由于菌株HUCO-GS316和Streptomyces Kebangsaanensis SUK12T在形态及培养特征、生理生化方面存在着较大差别,可以初步判断菌株HUCO-GS316为链霉菌属的一个新种。全基因组测序结果表明:菌株HUCO-GS316具有多种基因组分,存在多种预测的生物学功能。将菌株HUCO-GS316分别保藏在中国普通微生物菌种保藏管理中心（CGMCC 4.7630）以及泰国科学技术研究所（TISTR 2812）。
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