玉米秸秆腐解复合菌系YM-1的构建及其降解性能研究

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本文针对北方玉米秸秆还田地区秸秆降解速度缓慢,从而影响下茬作物生长的状况,以山东德州、泰安等地玉米秸秆连续多年还田的土壤样品为菌源,筛选具有降解纤维素能力的菌株,通过菌株间拮抗试验构建复合菌系YM-1,通过液体、固体发酵试验中菌系的CMC酶活、滤纸酶活、木聚糖酶活和PCR-DGGE监测菌群的动态变化,评价YM-1的功能及其组成稳定性;最后通过模拟田间试验评价复合菌系YM-1的应用效果。论文的主要结果如下:1)采用CMC-刚果红染色法从土壤中分离筛选了15株产纤维素酶菌株,在对其进行低温诱导试验中发现菌株M11在13℃低温环境下仍能高效分解纤维素,鉴定M11为草酸青霉(Penicillium oxalicum)。发酵试验表明:以玉米秸秆粉为唯一碳氮源,13℃、200r/min摇床发酵培养9d时,纤维素酶活力最高为33.08U/mL。对其酶学性质初步研究表明该酶最适pH为5.0,最适反应温度为20℃,在5℃~20℃间酶活力仍能保持在90%以上。2)根据液体发酵中各菌株纤维素酶活力大小,从上述15株菌中筛选出4株产酶能力较高的菌株X11、M11、M14、F7,将它们与对照菌株里氏木霉DSM768(南京农业大学资源与环境学院赠送)及实验室保存的具有降解玉米秸秆的复合菌系CSS-1组配得到新的复合菌系YM-1。3)采用液体发酵试验研究复合菌系YM-1的产酶能力、结果表明:复合系YM-1在28℃、200r/min条件下液体发酵培养7d时CMC酶活力达到最大值29.87U/mL,滤纸酶活力为17.14U/mL,第9d时木聚糖酶活力最大为23.6U/mL,发酵液的pH值随时间的延长呈先下降后升高的趋势。4)菌系YM-1的功能稳定性:针对F10、F15、F20代固态发酵产物测得的纤维素酶活力及木聚糖酶活力,结果表明在复合菌系YM-1腐解过程中,不同代的复合系酶活变化幅度较小,各代酶活曲线的变化基本相同,都呈现出由低到高再降低的趋势,说明复合菌系的产酶能力非常稳定。5)菌系YM-1的组成稳定性及多样性分析:采用PCR-DGGE分析YM-1的F2、F5、F10、F15、F20、F25代菌种组成,结果表明不同继代复合菌系中细菌与真菌的组成稳定;DGGE条带回收分析后发现:F15代不同发酵时间内DGGE条带亮度与呈现的位置是不同的,菌系中的微生物组成具有多样性。6)在模拟田间试验中,采用失重率法测定不同处理下玉米秸秆的失重率,结果表明:对照、复合菌系YM-1、CSS-1及菌剂A处理的秸秆干重都有所降低,对照秸秆失重率为13.1%,菌剂A为19.5%,CSS-1为30.6%,而YM-1的失重率最高达到36.9%,说明复合菌系YM-1对玉米秸秆具有较强的降解能力。7)在模拟田间试验中,采用BIOLOG生态板测定不同处理的AWCD(微平板孔内平均颜色变化率)来分析腐解微生物的代谢活性,YM-1处理的AWCD曲线在12h~96h范围内斜率最大,后期168h的AWCD值最高达3.69;菌剂A、CSS-1和对照的AWCD最大值分别为3.03、2.80和2.78。说明YM-1处理中微生物的代谢活性最高。
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