玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1的构建、菌群组成及腐解特性研究

【摘要】： 选育在常温下对玉米秸秆具有高效、稳定腐解功能的微生物复合菌系并分析其菌群组成,以促进我国北方农区原位还田玉米秸秆的快速腐解,推进秸秆还田应用。本研究采用限制性培养、温度梯度诱导的方法,以山西、山东、北京等省市玉米秸秆连续多年还田的土壤样品为菌源,以秸秆失重率、C/N以及CMC(羧甲基纤维素钠)酶活为筛选指标,筛选获得高效稳定的玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1;比较复合菌系不同继代腐解秸秆的失重率、酶活以及微生物菌群的变性梯度凝胶电泳(DGGE)的菌群监测动态变化,评价CSS-1的功能及其组成稳定性;采用克隆文库法,解析复合菌系CSS-1的主要菌群组成;以复合菌系的生长曲线、pH、CMC酶活以及木聚糖酶活、揭示其腐解特性;利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术揭示复合菌系CSS-1在腐解过程中的菌群组成及其动态变化。 从山西省壶关县多年玉米秸秆连续还田的土壤中,筛选得到高效、稳定的玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1;模拟田间腐解试验表明,在22℃条件下CSS-1处理玉米秸秆的CMC平均酶活和最高酶活比目前广泛应用的菌剂A分别提高82%和79%,其失重率比菌剂A和空白对照分别提高62.62%和173.65%,显示CSS-1在常温下能显著促进玉米秸秆的腐解的功能;CSS-1不同继代腐解秸秆功能及其菌系组成监测表明该复合菌系的稳定性;安全性评价表明该复合菌系无毒无害,具有较高的安全性。 克隆文库方法显示CSS-1优势菌群由多种具有纤维素与半纤维素降解功能的细菌和真菌构成,其细菌菌群分别归属Enterobacter、Cellulomonas、Streptomyces、Bacillaceae、Pantoe、Cellvibrio 6个属,真菌菌群归属Trichoderma、Gibberella 2个属。菌群分析结果还表明克隆文库分析方法得到的菌系组成比CSS-1平板分离培养法更全面。 玉米秸秆腐解特性试验显示,该复合菌系CSS-1的生长曲线和其CMC酶活、木聚糖酶活、pH的变化规律一致。复合菌系的整个生长腐解过程划分为三个时期,即0-4 d的对数生长期、4-10 d的稳定期、10-16 d的衰亡期。在腐解的第4 d时,各类微生物数量、pH值、木聚糖酶活呈直线上升,CMC酶活经历了一个缓慢下降的过程;在第4～10 d复合菌系中各类微生物数量同步下降后升高,此段时间CMC酶活、木聚糖酶活和pH都升直至最高值;在第10～16 d复合菌系得个生物学特性指标变化都趋向平缓。 利用变性梯度凝胶电泳(DGGE)对复合菌系的菌群组成及其动态进行分析表明:该复合菌系的细菌菌群主要由18个微生物种群组成;真菌菌群主要由9个微生物种群组成;随着玉米秸秆的降解进程,其菌群构成出现了一定的变化。整个腐解过程可以划分为三个阶段:0-2 d为腐解初期,2-10 d为腐解中期,10-16 d为腐解末期,与复合菌系生长过程基本一致。在腐解初期各微生物菌群快速生长;在腐解中期纤维素分解有关的微生物Streptomyces sp.、Micrococcus sp.、Bacillus megaterium、Pseudomonas sp.、Trichoderma sp.、Fusarium sp.大量增殖后保持稳定;腐解后期一些功能菌群数量减少如Streptomyces sp.、Actinomycetales,一些兼性厌氧细菌数量逐渐增加如Clostridium sp.,而有些种群一直保持较多数量Trichoderma sp.、Fusarium sp.。 本研究还证实,所选用的Bead-beader的方法适合大批量土壤样品DNA的提取,克隆文库法和DGGE法均可用于复杂样品中细菌组成分析。 【关键词】：玉米秸秆 腐解 复合菌系 菌群组成 腐解特性
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S154.3;S513
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 1 引言13-51
• 1.1 秸秆资源概述13-14
• 1.2 秸秆资源的利用途径14-18
• 1.2.1 秸秆肥料化技术14-16
• 1.2.1.1 秸秆直接还田14-15
• 1.2.1.2 秸秆间接还田15-16
• 1.2.2 秸秆饲料化技术16
• 1.2.3 秸秆能源化技术16-17
• 1.2.4 秸秆材料化技术17-18
• 1.3 秸秆资源化利用存在的问题18-19
• 1.4 秸秆还田效应的研究进展19-25
• 1.4.1 秸秆还田对土壤理化性状的影响19-22
• 1.4.2 秸秆还田对土壤生物肥力的影响22-24
• 1.4.3 秸秆还田对作物产量的影响24-25
• 1.5 植物秸秆组成特点及其生物降解特性25-33
• 1.5.1 纤维素的化学组成及其生物降解26-30
• 1.5.2 半纤维素的化学组成及其生物降解30-31
• 1.5.3 木质素的化学组成及生物降解31-33
• 1.6 分解木质纤维素的微生物33-38
• 1.7 利用复合菌系降解木质纤维素的研究进展38-42
• 1.8 分子生物学技术在复合菌系研究中的应用42-47
• 1.8.1 克隆文库分析法43-44
• 1.8.2 变性梯度凝胶电泳(DGGE）44-47
• 1.9 研究目的意义47-48
• 1.9.1 研究意义47
• 1.9.2 研究目标47-48
• 1.10 研究内容、技术路线及方法48-51
• 1.10.1 研究内容48-49
• 1.10.2 技术路线49
• 1.10.3 研究方法49-51
• 2 材料与方法51-66
• 2.1 材料来源51-52
• 2.2 主要试剂52-55
• 2.2.1 主要生化试剂52
• 2.2.2 酶活测定的主要试剂52-53
• 2.2.3 DNA 提取试剂53-54
• 2.2.4 琼脂糖缓冲液和试剂54
• 2.2.5 DGGE 缓冲液和试剂54-55
• 2.3 主要仪器55
• 2.4 培养基55-56
• 2.4.1 复合菌系筛选培养基55-56
• 2.4.2 其它常规培养基56
• 2.5 试验方法56-66
• 2.5.1 腐解复合菌系筛选方法56-57
• 2.5.1.1 腐解复合菌系的富集培养56-57
• 2.5.1.2 腐解复合菌系的限制性诱导培养57
• 2.5.1.3 腐解复合菌系的降温诱导筛选57
• 2.5.2 秸秆失重率测定57
• 2.5.3 CMC 酶活的测定57-58
• 2.5.4 木聚糖酶活测定58
• 2.5.5 玉米秸秆腐解物料C/N 的测定58
• 2.5.6 玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1 中纯菌株的分离58-59
• 2.5.7 总DNA 的提取与纯度检测59
• 2.5.8 DGGE 所需聚合酶链式反应(PCR）扩增条件59-61
• 2.5.9 变性梯度凝胶电泳（DGGE）61-62
• 2.5.9.1 DGGE 的操作61
• 2.5.9.2 DGGE 条带回收61-62
• 2.5.10 复合菌系的安全性评价62
• 2.5.11 克隆文库的构建方法62-65
• 2.5.11.1 16S/18S rDNA 的PCR 扩增及PCR 产物纯化62-63
• 2.5.11.2 目的产物的连接63
• 2.5.11.3 连接反应产物的转化步骤63-64
• 2.5.11.4 阳性克隆的筛选64-65
• 2.5.11.5 ARDRA 分型65
• 2.5.12 复合菌系CSS-1 对玉米秸秆腐解特性分析方法65
• 2.5.13 玉腐解过程中复合菌系菌群组成的动态变化分析方法65-66
• 3 结果与分析66-93
• 3.1 玉米秸秆常温高效腐解复合菌系CSS-1 的选育66-72
• 3.1.1 玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1 的筛选66
• 3.1.2 复合菌系CSS-1 腐解效果66-69
• 3.1.3 复合菌系CSS-1 的稳定性69-72
• 3.1.3.1 功能稳定性69-71
• 3.1.3.2 菌群组成稳定性71-72
• 3.1.4 复合菌系CSS-1 的安全性评价72
• 3.2 克隆文库法分析复合菌系CSS-1 细菌/真菌组成72-83
• 3.2.1 克隆文库构建72-78
• 3.2.2 克隆文库分析78-81
• 3.2.2.1 克隆文库的评估78
• 3.2.2.2 克隆文库的序列分析78-81
• 3.2.3 复合菌系CSS-1 中纯菌株的分离81-83
• 3.3 复合菌系CSS-1 对玉米秸秆腐解特性83-93
• 3.3.1 腐解过程中的pH 值变化83-84
• 3.3.2 腐解过程中的可培养微生物数量的变化84
• 3.3.3 腐解过程中的CMC 酶活、木聚糖酶活的变化84-85
• 3.3.4 复合菌系CSS-1 腐解过程中菌群的动态变化85-93
• 4 讨论93-96
• 4.1 玉米秸秆常温高效腐解菌复合菌系CSS-1 的选育及其组成分析93
• 4.2 克隆文库法分析复合菌系CSS-1 细菌/真菌组成93-94
• 4.3 复合菌系CSS-1 对玉米秸秆腐解特性94-96
• 5 结论96-98
• 参考文献98-110
• 致谢110-111
• 附录111-112
• 攻读学位期间发表论文情况112

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

胶质类芽胞杆菌PCR快速检测方法    王璇;马鸣超;关大伟;姜昕;李力;丁延芹;李俊;

大豆根瘤菌与促生菌复合系筛选及机理研究    薛晓昀

酸性半纤维素降解菌筛选、鉴定及发酵条件研究    徐有权

低温降解纤维素的微生物的分离及其降解特性分析    樊兆阳

纤维素酶高产菌株选育研究进展    陈阿娜;汤斌;

秸秆还田对作物产量及土壤养分的影响    李孝勇,武际,朱宏斌,王允青

秸秆堆腐还田对土壤肥力及作物产量的影响    张虎,常江

秸杆还田改良砂姜黑土的效果及其机理研究    詹其厚,张效朴,袁朝良

纤维素酶的研究进展    谢占玲,吴润

农作物秸秆合理利用与展望    姜秀云,刘继明

大力推广秸秆还田 改善农业生态环境    孙皓,方鸿国,刘群松

华北平原农业节水实用措施试验研究    杨晓光,陈阜,宋冬梅,宫飞,朱文珊

天然纤维素超显微结构的扫描隧道显微镜研究    刘洁,张玉忠,高培基,时东霞,刘宁,庞世瑾

固氮菌和纤维素分解菌的混合培养及其对生活垃圾降解的影响    蒲一涛,钟毅沪,周万龙

秸秆还田土壤中与纤维素降解相关的微生物的分子生态学研究    张晶

玉米秸秆干发酵产沼气工艺试验研究    武少菁

PCR-DGGE技术在环境微型生物群落研究中的应用    吴利;余育和;冯伟松;

山东省农作物秸秆资源及其开发利用    王志凤;王倩;

有机肥料对土壤可溶性氮素变化的影响及肥效研究    赵明;赵征宇;蔡葵;于秋华;王文娇;

蒜棉麦棉套作对棉田土壤微生物生物量碳及活性的影响    赵庆龙;宋宪亮;孙学振;张美玲;李宗泰;

纤维素酶高产菌株选育研究进展    陈阿娜;汤斌;

浅议我国发展保护性耕作的必要性、面临的问题及对策    姜玉美;

濮阳市农作物秸秆综合利用调查初报    陶令霞;

纤维素酶及其应用现状    杨友坤;朱凤香;王卫平;陈晓旸;洪春来;吴传珍;薛智勇;

分子水平上的微生物研究技术与方法进展    赵跃光;

作物秸秆综合开发利用途径探讨    李东升;周为华;朱新开;李春燕;郭文善;

秸秆、蓝藻和餐厨废弃物等生物质资源化利用的进展与探讨    翟志军;李俊;陈祥松;吴金勇;姚建铭;

分子生物学技术在污染土壤修复中的应用    高永超;迟建国;邱维忠;王加宁;张强;

纤维素酶及其在废木质纤维素制可还原糖中的应用    姜晓云;王家德;

木聚糖酶固态发酵培养基的优化    邬敏辰;张慧敏;唐存多;李剑芳;

微生物对堆肥过程中氮素影响的研究    杨柳;付利芝;杨松全;

棉花生理抗旱与农艺节水技术耦合对产量的影响    杜健;冯浩;吴普特;张月丽;黄文敏;陈军;高朝;王炳荣;朱守勇;曹超;

论都市农业的节能减排    杨兴洪;吴方卫;

禽类粪便无害化处理在预防禽流感中的作用    昌艳萍;阚振荣;李艳芹;闫蕾蕾;李春青;

河湖水体沉积物微生物群落结构特征分析研究    赵林多;朱亮;刘钢;

石油污染土壤微生物群落结构和多样性的初步研究    吴伟林;张秀霞;单宝来;张剑杰;杨肖杰;赵朝成;

低剂量替米考星对离体恒化器模型中人肠道菌群的影响    姚俊平

等高绿篱—农业复合系统土壤CO_2和N_2O排放特征    莫琼

不同修复措施下侵蚀红壤的团聚体稳定性与肥力特点    杨莹莹

莲原花青素的酶辅助提取技术及其在油脂中的抗氧化活性研究    禹华娟

深海细菌Martelella mediterranea纤维素酶基因的克隆、表达与酶学分析    董俊丽

干扰—沉积物再悬浮对浮游细菌群落结构和多样性的影响    郭亮

亮斑扁角水虻（Hermetia illucens L.）幼虫肠道内纤维素酶活性菌株的筛选与鉴定    谢久凤

湖北省农村沼气产业化发展模式与对策研究    刘莹玉

苎麻茎皮差减文库的构建及纤维发育相关基因的筛选    罗蓓蓓

利用DNA体外重组技术构建高活性纤维素酶基因工程菌    潘海波

纤维素酶及其应用现状    杨友坤;朱凤香;王卫平;陈晓旸;洪春来;吴传珍;薛智勇;

接种菌根菌和/或根瘤菌对紫花苜蓿的生长及N·P的吸收效果研究    郑虎哲;张玉廷;崔春兰;刘翠华;奇永川;

纤维素酶的研究进展    谷嵩;刘昱辉;

6株硅酸盐细菌解磷解钾活性的研究    闫华晓;赵辉;朱硕斐;薛彦辉;许秀坤;王德虎;

秸秆资源的开发及利用研究    罗晶;解玉红;李思蓓;冯炘;

微生物酶解法产生阿拉伯糖——菌种筛选与初步鉴定    周俊;徐畅;浦佳;彭哲初;邓亚卉;徐洁;贾香清;郑珩;

天山冻土耐冷菌的分离与产低温酶菌株的筛选    白玉,杨大群,王建辉,章高森,徐世健,刘光琇,安黎哲

秸秆还田技术应用中存在的问题及对策    张虹;杨耀峰;

促进植物生长菌的研究进展    姚拓

土壤解磷菌研究进展    冯月红,姚拓,龙瑞军

黄栌林土壤微生物多样性研究    吴佳徽

选矿废水处理系统中微生物群落结构分析    罗丽丽

产低温纤维素酶菌株筛选及发酵条件研究    董硕

有机磷农药降解菌的分离鉴定及其产酶特性研究    解顺昌

不同菌种对玉米秸秆处理利用的研究    高明军

秸秆堆肥中纤维素降解菌的筛选及组合    陈展

寡聚木糖生产用酶生产菌株筛选，酶的生产、分离纯化及应用机制研究    张东华

高产木聚糖酶芽孢杆菌的分离筛选及其酶性质研究    秦玉花

稀土元素生物效应的蛋白质组学研究    韩威威

一株产植酸酶菌株的选育    李丽娟

大豆根瘤菌耐旱菌株的筛选及其蛋白组学研究    裴晓峰

玉米密度对间作豌豆“氮阻遏”的调控效应及机制    朱静

不同施肥水平下接种AMF和根瘤菌对紫花苜蓿生长及养分吸收的影响    王军

麦秸回田对土壤肥力的影响    朱同相,段云,胡修岭

亩产吨粮综合配套技术    王梅元;李奎封;

长期施用有机肥对砂姜黑土锌的影响    朱宏斌,张玉平,叶舒娅,王文军

秸秆直接还田对当季作物产量效应    李录久,杨哲峰,李文高,徐志斌,胡永年,苗春苗,肖凤体

太湖稻麦地区秸秆还田增产及培肥效果    王振忠,董百舒,吴敬民

农业废弃物资源化综合利用途径探讨    胡明秀

秸杆还田改良砂姜黑土的效果及其机理研究    詹其厚,张效朴,袁朝良

好氧堆肥中高温纤维素分解菌的筛选及性状研究    王志超;陆文静;王洪涛;

论绿色产品定价应注意的几个问题    张玲玲

玉米、小麦、水稻秸秆自然发酵的生化变化    高丽娟,王小芬,崔宗均,胡跃高,杨洪岩,张涛

绿色供应链中合作机制及绩效评价体系研究    郑任

秸秆还田量的农田生态效应研究    强学彩

若尔盖湿地不同温度型纤维素分解菌的分离、鉴定和共发酵效果研究    董敏

循环经济发展战略下企业的成本收益分析    任爱华

狼毒在土壤里腐解过程中对红豆草生化他感作用的研究    周淑清;黄祖杰;王慧;刘一凌;胡卉芳;

废弃韭菜在垄沟水中的腐解特征及其水环境效应    张瑞杰;胡正义;林国林;吴永红;殷小锋;陆海燕;

狼毒在腐解过程中对无芒雀麦生化他感作用的研究    周淑清;黄祖杰;王慧;刘一凌;胡卉芳;

接种链霉菌对小麦秸秆腐解过程的影响    吴艳萍;王国栋;赵明德;

鸡粪腐解过程腐殖质结合态铜变化及其与铜淋失的关系    王旭东;马宁;杨莹;罗敏;

狼毒对新麦草化感作用的研究    周淑清;黄祖杰;王慧;刘一凌;胡卉芳;

玉米秸秆高效腐解复合菌系CSS-1的选育及其组成分析    刘尧;李力;李俊;关大伟;姜昕;沈德龙;杜秉海;

狼毒在土壤里腐解过程中对苜蓿化感作用的研究    周淑清;王慧;黄祖杰;刘一凌;胡卉芳;

狼毒对披碱草化感作用的研究    周淑清;王慧;黄祖杰;刘一凌;

玉米秸秆腐解过程的红外光谱研究    吴景贵，席时权，曾广赋，汪冬梅,姜岩，王明辉

粪肥腐解过程铜锌的形态分布及其竞争关系    王旭东;卢丽兰;

BDE209对蜡状细菌改变土壤重金属形态的影响    尹华;王婷;叶锦韶;彭辉;何宝燕;秦华明;张娜;

秸秆复合菌示范推广的意义    刘国华;

益生菌的优化组合及对幼龄仔猪应激期免疫功能影响的研究    李巧贤;

三种不同绿肥的腐解和养分释放特征研究    潘福霞;鲁剑巍;刘威;耿明建;李小坤;曹卫东;

养殖水环境改良与修复技术应用现状及发展趋势    高祥林;艾桃山;

养殖水环境改良与修复技术应用现状及发展趋势    高祥林;艾桃山;

不同微生态制剂对鸡免疫器官指数的影响    易力;倪学勤;潘康成;

一组复合大型真菌降解秸秆纤维素的研究    陈秀为;赵华;周可;

生物修复石油污染土壤中酵母菌与细菌的协同作用研究    张承东;齐建超;陈威;

烤烟秸秆快速腐解还田    省土壤肥料工作站供稿

论盐和微生物制品的开发    郑建仙

河道治理用上生物接触氧化法    黄韬

秸秆还田需注意的问题    刘旭

走进微生物世界让这个“小精灵”为你增效    香红星

有机肥料在平衡施肥中的作用    林葆

秸秆制作鱼饲料两法    兰祖铨

福贝有机物料腐熟剂的应用    中国科技开发院云南分院 叶光祎 刘昌荣

农作物秸秆综合利用的技术要点    陇川县土肥站

正确选购和使用菌肥    肃宁县万里镇龙堂村 岳满意

培养条件下小麦及玉米秸秆在土壤中的腐解特性研究    Shaukat Ali Abro

生态安全型复合微生物净水剂的研究    张玉玲

木质素降解微生物特性及其对农业废物堆肥腐殖化的影响研究    黄红丽

聚合物驱后油藏高效驱油菌种的构建    郝春雷

城市生活垃圾堆肥过程管理中的综合处理与实时监测关键技术研究    刘剑潇

水旱轮作条件下秸秆还田的培肥和增产效应    武际

玉米秸秆腐解复合菌系CSS-1的构建、菌群组成及腐解特性研究    刘尧

寒地秸秆还田腐解规律与土壤酶活性的研究    庄倩倩

水稻秸秆腐解复合菌系的筛选构建    刘甲锋

复合菌和金霉菌对肉鸡生产性能及正常菌群影响的研究    徐丽萍

高效厌氧纤维素降解菌复合菌系的构建及应用研究    张宁

稻秆降解复合菌系的筛选及其发酵特性研究    种玉婷

高效复合菌降解氯代苯胺类化合物的特性研究    周燕洁

优势复合菌群降解氯酚类化合物的特性研究    耿亮

木质纤维素分解复合菌系微生物组成多样性及其在牛粪堆肥化中的应用    邓伟

高效复合菌降解天然河水中取代苯胺化合物的特性研究    许碧君