小麦秸秆降解复合菌群FWD1的构建、降解特性及其微生物群落组成研究

【摘要】：农作物秸秆是一种具有多用途的可再生生物质资源,利用微生物分解这些木质纤维素原料是资源化利用的有效途径。目前,人们已经报道了许多木质纤维素降解菌,但单一菌株存在酶系组成单一、木质纤维素降解效率低等问题。采用限制性培养方法筛选构建的复合菌群,不同菌在群落中各司其职,相互协作,具有较高的木质纤维素降解能力。本研究从秦岭山区采集9个不同林地土壤样品,以秸秆分解率、羧甲基纤维素酶(CMCase)活力及木聚糖酶活力为指标筛选出一份木质纤维素分解能力较强的冷杉林地土壤样品(QLI),以该土壤样品为接种物,小麦秸秆为碳源,连续继代培养,构建了一组稳定高效小麦秸秆分解复合菌群FWD1,并对其分解特性及其微生物群落组成进行研究。主要取得了以下研究成果:1、高效稳定小麦秸秆降解复合菌群FWD1的构建测定所采集的9份土壤样品原始及富集培养4d、8d、12d、16d的CMCase活力、木聚糖酶活力和第16d小麦秸秆失重量,结果表明,冷杉林地土壤样品(QLI)具有最高的CMCase活力和秸秆降解率,以其为接种物,小麦秸秆为碳源,连续继代培养,驯化构建复合菌群。不同代数培养物对小麦秸秆降解能力的变化结果表明,从第9代培养物开始,小麦秸秆失重率均在70%左右,彼此之间没有太大差异;PCR-DGGE结果也表明,从第9代培养物开始,主要细菌组成条带和位置没有太大变化,微生物群落组成稳定。从第9代开始,获得了稳定高效小麦秸秆降解复合菌群FWD1,该菌群对小麦秸秆的降解率达到76.92%。2、小麦秸秆降解复合菌群FWD1的降解特性与实验室筛选的其他3组复合菌群A、B、C相比,复合菌群FWD1具有最高的CMCase酶活(79.64U)、滤纸酶活(75.74U)、木聚糖酶活(1100U)和秸秆降解率(75.22%)。气相色谱法测定FWD1的小麦秸秆降解液组分,结果表明,代谢产物主要为乙酸、丙酸、丁酸和乙醇。乙酸浓度呈现出先升高后降低,再升高的趋势。在发酵l d时,乙酸的含量为140.14 mg·L-1,3 d时就达到了最大值655.54 mg·L-1。而乙醇、丙酸和丁酸分别在1 d、3 d和7 d时达到最大值18.87 mg·L-1、127.17 mg·L-1和27.47 mg·L-1。此外,FWD1还能降解玉米秸秆、滤纸和脱脂棉,7d内降解率分别为52.34%、10%和2.47%。DGGE结果表明,FWD1在降解小麦秸秆、玉米秸秆、滤纸和脱脂棉过程中,各泳道既有一些公共条带,还有一些特殊条带,但公共条带亮度各不相同。此外,随着培养时间的延长,各样品的Shannon指数和丰富度指数整体上都呈先增大后减小的趋势。3、复合菌群FWD1微生物群落组成利用第二代高通量测序技术对复合菌群和菌种来源土壤样品的细菌组成进行分析,结果表明FWD1中主要含有变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门,分别占细菌总量的67.41%、19.25%和13.34%。在种分类水平上,Clostridium sp.BNL1100,uncultured Alcaligenes sp.,uncultured Alcaligenaceae bacterium和Brevundimonas diminuta为优势菌,分别占细菌总量的11.80%,10.30%,6.70%和3.60%。通过连续继代培养,富集了变形菌门和厚壁菌门,更细化分类水平上,富集了以Clostridium sp.BNL1100为主的纤维素降解菌,比例从0.01%上升到11.80%。 【关键词】：小麦秸秆 复合菌群 代谢产物 细菌多样性 DGGE 高通量测序
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X172;X712
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文献综述12-21
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究目的和意义12-13
• 1.3 国内外研究概况13-20
• 1.3.1 农作物秸秆及其化学组成13-17
• 1.3.2 降解木质纤维素的微生物17-18
• 1.3.3 微生物复合菌群协同降解木质纤维素的研究现状18
• 1.3.4 微生物群落结构研究18-20
• 1.4 研究内容20-21
• 第二章 高效稳定小麦秸秆降解复合菌群FWD1的构建21-30
• 2.1 材料与方法21-24
• 2.1.1 研究区概况21
• 2.1.2 样品采集21-22
• 2.1.3 试验方法22-24
• 2.2 结果与分析24-29
• 2.2.1 葡萄糖和木糖标准曲线的绘制24-25
• 2.2.2 土壤样品原始及富集培养后的CMCase酶活和木聚糖酶酶活25-27
• 2.2.3 土壤样品富集培养 16d后对小麦秸秆的降解能力27
• 2.2.4 不同代数培养物对小麦秸秆降解能力的变化27-29
• 2.2.5 不同代数培养物的菌种组成变化29
• 2.3 小结29-30
• 第三章 小麦秸秆降解复合菌群FWD1的降解特性30-42
• 3.1 材料与方法30-32
• 3.1.1 试验材料30
• 3.1.2 试验方法30-32
• 3.2 结果与分析32-40
• 3.2.1 复合菌群降解小麦秸秆过程中pH的变化32-33
• 3.2.2 复合菌群降解小麦秸秆过程中酶活的变化33-35
• 3.2.3 复合菌群对小麦秸秆的降解能力35
• 3.2.4 小麦秸秆降解液组成分析35-37
• 3.2.5 复合菌群对其它木质纤维素材料的降解能力37-38
• 3.2.6 复合菌群降解不同木质纤维素材料过程中菌种的动态变化38-40
• 3.3 小结40-42
• 第四章 复合菌群FWD1的微生物群落组成42-47
• 4.1 材料和方法42-43
• 4.1.1 试验材料42
• 4.1.2 DNA的提取与PCR扩增42
• 4.1.3 数据处理与分析42-43
• 4.2 结果与分析43-46
• 4.2.1 复合菌群FWD1和QLI测序结果及取样深度验证43
• 4.2.2 复合菌群FWD1和QLI中细菌群落多样性指数分析43-44
• 4.2.3 复合菌群FWD1和QLI中细菌群落组成分析44-46
• 4.3 小结46-47
• 第五章 总结与展望47-49
• 5.1 总结47
• 5.2 展望47-49
• 参考文献49-54
• 致谢54-55
• 个人简介55

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

小麦秸秆的生化他感效应    马永清，毛仁钊，刘孟雨，刘小京，张玉铭

纤维素酶降解小麦秸秆最适条件的研究及其动力学分析    田萍;王浩菊;马齐;陈坤奇;周婷;

利用丙酸降解小麦秸秆的研究    张利,张清东,刘世贵,漆玉邦

一组小麦秸秆好氧分解菌系的构建及组成多样性    董玉玲;朱万斌;郭鹏;王小芬;张利莉;崔宗均;

楚州区小麦秸秆资源调查与分析    蒋斌;

改性小麦秸秆吸附Cu~(2+)的动力学和热力学研究    龚志莲;李勇;陈钰;龚正君;

UV-B辐射增强对小麦秸秆化学成分及其施用后土壤N_2O排放的影响    蒋静艳;胡正华;牛传坡;

微量量热法研究预处理对小麦秸秆酶降解反应的影响    李娜;张英;王彩萍;张桂臻;张洪林;

麦秸捡拾机    

    

做好小麦秸秆综合利用工作 服务社会主义新农村建设    史衍法;卜召成;

小麦秸秆自然高效还田利用技术研究    顾志权;

小麦秸秆禁烧存在的问题与综合利用对策浅析    刘长银;

国外玉米和小麦秸秆收集装备发展及启示    王俊友;吕黄珍;燕晓辉;汪雄伟;陈月锋;

小麦秸秆浸提液和腐解液对水稻的化感效应    于建光;顾元;常志州;

离子液体作用下生物质在亚临界水中的液化行为    王宝凤;韩少华;张进军;

发展秸秆经济 促进农民增收——对邹城市利用小麦秸秆种养食用菌的调查    孟宪平;尹贻龙;

河南新蔡县小麦秸秆实现有效处理    石顺民

任县小麦秸秆抢手    记者 胡惠玲 通讯员 李国强 王峰

武邑30万亩小麦秸秆变钞票    通讯员 岳海通石华康 记者 刘兴华

武邑小麦秸秆成了“宝贝”    岳海通 石华康

沾化：委员提案让小麦秸秆变成“香饽饽”    张建华

我市多措并举推进小麦秸秆综合利用    记者 马珉璐

小麦秸秆巧利用    高科

清苑县小麦秸秆成了抢手货    任浩君

两地合作净环境促增收    通讯员 岳海通石楠 记者 刘兴华

小麦秸秆走俏晋州    赵石星王超 姬中志

几种农业废弃物堆腐基质理化特性及在园林覆盖和栽培上的应用    时连辉

小麦秸秆表面功能化改性对淀粉塑料性能的影响    姜海天

小麦秸秆降解复合菌群FWD1的构建、降解特性及其微生物群落组成研究    赵听

小麦秸秆纤维及其复合材料的制备与性能研究    潘刚伟

小麦秸秆降解发酵工艺的研究    王雪雅

小麦秸秆往复式切割试验台的设计与试验    蒋韬

链霉菌接种对小麦秸秆腐解过程影响的研究    吴艳萍

施用腐熟小麦秸秆对烤烟根土系统及烟叶产量和质量的影响    曾宇

麦秆堆腐基质理化特性、酶活性变化及穴盘育苗的应用    刘涛

炭化小麦秸秆对水中离子铵的吸附性能研究    韩雪

小麦秸秆高效降解菌的筛选及应用效果研究    刘海静