作物秸秆纤维素降解菌的分离与筛选

【摘要】：农作物秸秆是粮食生产的主要副产物,是农业生产中一种重要的生物资源。我国是一个农业大国,各类农作物秸秆资源十分丰富。农作物秸秆中含有大量的纤维素,而纤维素又是世界上数量最大的一类可生物降解的、可再生的能源物质。因此,有关纤维素的生物降解已成为当今农业有机废弃物资源化利用研究的一个热点。本论文主要针对本实验室前期研究开发的利用农业有机废弃物发酵进行大棚CO2施肥技术中存在的发酵中后期产气不足和CO2持续释放时间较短的问题,试图通过分离和筛选出纤维素高效降解菌以改进和优化该技术,现将研究结果总结如下： (1)从大棚CO2施肥秸秆降解残渣和树林朽木中分离纯化得到26株具有纤维素和木质素降解能力的菌株,并通过刚果红鉴别培养基和滤纸条液体培养法相配合的初筛及复筛,从中筛选出具有较高降解能力和产纤维素酶能力的三株菌株,命名为B1、F5和A5。并以实验室原有用于大棚农业废弃物CO2施肥所用菌株作参照,进行了一系列的对比研究。 (2)60℃下在蛋白胨纤维素培养液(PCS)中培养14d后,三株菌株培养过程中pH值在第5天降到最低,范围在7.12-7.31之间,培养第二周pH值开始上升,最后达到8.40左右。其羧甲基纤维素(CMC)酶活性及滤纸酶活性随pH的下降而升高,在第5天pH降到最低而酶活达到最高,之后开始下降。F5降解滤纸过程中,CMC酶活和滤纸酶活值最高。 (3)以稻草、麦秆和玉米秸秆三种农作物秸秆为底物,研究了B1、F5和A5三株菌株与CK在降解中的降解能力。研究结果表明：①稻草和玉米秸秆在降解进行到第5天,pH值降到了最低点,CMC酶活则随着pH的降低升到了最高点；而麦秆则在第7天pH值降到了最低点,CMC酶活升到了最高点。分析其原因可能是因为麦秆中纤维和木质素含量比较高导致降解速率变慢。由秸秆中纤维素和木质素累积降解率可以看出,各菌株对不同秸秆的降解能力为：稻草麦秆玉米秸秆。B1、F5、A5的CMC酶活和降解率均显著高于CK,表明B1、F5、A5具有更好的降解效果。②在稻草降解过程进行到第5天,B1、F5、A5和CK四组菌株的CMC酶活性分别是28.64U/ml、31.05U/ml、27.85U/ml、26.17U/ml。在麦秆降解过程进行到第7天B1、F5、A5和CK的CMC酶活性分别是：25.28 U/ml、30.54 U/ml、27.38 U/ml、21.73 U/ml。在玉米秸秆降解过程进行到第5天,B1、F5、A5和CK的CMC酶活性达到最高水平,其值分别是28.23 U/ml、30.30 U/ml、26.63 U/ml、25.24 U/ml。 (4)以PCS培养液为基础培养基,改变其碳源、碳源浓度、培养温度及初始pH来研究B1、F5、A5和CK四组菌种在不同培养条件下的CMC酶活性及降解率。研究结果表明：①以纤维素为碳源时各菌种的CMC酶活性及降解率比以木质素为碳源时高。②针对不同碳源浓度、不同培养温度及不同初始pH的研究表明,滤纸浓度0.50%、培养温度60℃、初始pH为7或8是各菌种的CMC酶活性及滤纸降解率达到最高的最适宜条件。而且试验结果表明,B1、F5和A5三株菌株比CK更好的高温适应能力和更强的适应不同酸碱环境的能力。 【关键词】：降解菌 纤维素 木质素 纤维素酶活性
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 致谢9-10
• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 第1章 文章综述和研究背景15-28
• 1 引言15-16
• 2 微生物降解纤维素和木质素的研究进展16-24
• 2.1 微生物降解纤维素的研究进展16-21
• 2.1.1 纤维素的降解的机理研究17-18
• 2.1.2 自然界中降解纤维素菌株的筛选18-19
• 2.1.3 复合菌系对纤维素的降解研究19-21
• 2.2 微生物降解木质素的研究进展21-24
• 2.2.1 木质素的结构和性质22-23
• 2.2.2 降解木质素的微生物分类23-24
• 3 纤维素和木质素物生物降解中存在的问题和展望24-26
• 3.1 纤维素生物降解研究中存在的问题24
• 3.2 木质素生物降解研究中存在的问题24-26
• 3.3 展望26
• 4 研究的目的、意义和内容26-28
• 4.1 本研究的目的和意义26-27
• 4.2 本研究的内容27
• 4.3 本研究拟采用的技术路线27-28
• 第2章 降解纤维素菌株的分离和筛选28-63
• 128-32
• 1.1 材料与方法28-30
• 1.1.1 试验材料28-29
• 1.1.2 试验主要试剂29
• 1.1.3 培养基29-30
• 1.1.4 试验仪器30
• 1.2 试验方法30-32
• 1.2.1 筛选方法30-31
• 1.2.2 纤维素酶活测定方法31
• 1.2.3 纤维素和木质素降解率的测定31-32
• 1.2.4 pH测定方法32
• 1.2.5 微生物生长量测定方法32
• 1.2.6 数据处理32
• 2 结果与分析32-60
• 2.1 纤维素降解菌株初步筛选结果32-33
• 2.2 菌株复筛纤维素酶活性33-34
• 2.3 纤维素和木质素降解率34-35
• 2.4 60℃下滤纸降解过程中各种变化35-59
• 2.4.1 pH变化动态35-36
• 2.4.2 微生物量变化动态36-37
• 2.4.3 纤维素酶活性变化动态37-59
• 2.5 不同初始pH条件下纤维素酶活和降解率59-60
• 3 讨论60-62
• 3.1 不同碳源的影响60-61
• 3.2 不同碳浓度的影响61
• 3.3 不同培养温度的影响61-62
• 3.4 不同起始pH的影响62
• 4 本章小结62-63
• 第5章 全文总结63-65
• 1 主要研究结论63
• 2 研究展望63-65
• 参考文献65-70

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