秸秆降解的微生物群落筛选与优化及多样性分析
作者单位：东北林业大学
学位级别：硕士
导师姓名：刘长莉
授予年度：2021年
学科分类：081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程]
摘 要：中国是农业大国,农作物秸秆产量巨大,秸秆利用效率很低,单个菌株仍无法大幅度提高降解效率。为了提高秸秆的降解效率,开发能高效利用秸秆中木质纤维素的微生物菌群成为研究重点。本研究以不同的培养基为基础,在振荡培养条件下,经过长期限制性培养,以CMCase、CB、Xylanase、降解率为指标,筛选得到降解效果较好的3种菌群,分别为M菌群（秸秆降解复合菌群）、P菌群（秸秆降解复合菌群）和C菌群（秸秆降解复合菌群）,对水稻秸秆的降解率分别为43.75%、41.88%、39.06%,其余菌群降解率均小于35%。以CMCase、Xylanase活性为依据,确定菌群的最适产酶时间,M的最适产酶时间为7d、P为9d、C为7d。利用单因素法,从装液量、发酵温度和碳源种类对以上3种菌群发酵秸秆的条件进行优化,以DNS法测定纤维素酶活性和失重法测定秸秆失重率。结果表明,M菌群的最优条件为:500 mL三角瓶装液200 mL,培养温度30℃,碳源为玉米秸秆,降解率达45%;P菌群条件为:500 mL三角瓶装液200 mL,培养温度38℃,碳源是水稻秸秆,降解率达43%;C菌群条件为:500 mL三角瓶装液120 mL,培养温度30℃,碳源是玉米秸秆,降解达40%。与未优化前的失重率相比,其对秸秆的失重率分别提高1.25%、1.12%和 0.94%。测定可溶性有机质、总磷、氨氮含量,分析3种菌群的降解效果。结果表明,与对照相比,经M、P和C菌群处理秸秆后,有机质分别提高了 33.94%、45.32%、57.84%;总磷提高了 38.15%、29.69%、26.77%;氨氮提高了 62.98%、62.5%、26.68%,说明M菌群的降解效果优于P和C菌群。高通量测序分析发酵中的优势菌和关键菌,M菌群的优势细菌为Stenotrophomonas,由发酵前期的23.28%增加到中期的64.36%;真菌为Meyerozyma,由初期的17.58%增加到末期的61.27%。发酵前期以Simplicillium、Malassezia、Alternaria 为主·,中期以 Sphingobacterium、Penicillium、Gibberella为主;后期以 Citricoccus、Meyerozyma、Verticillium为主。P 菌群中优势细菌为Bacillus,由38.08%增加到83.18%;真菌为Simplicillium,由6.7%增加到47.8%,前期以 Saroclacadium 为主;中期以Gibberella、Pseudeurotium为主;后期以Ornithinbacillus为主。C菌群中的优势细菌为Stenotrophomonas,由40.66%增加到70.71%,真菌为Aspergillus,由 48.76%增加到 84.73%。前期以Pseuomonas、Malassezia为主;中期以Simplicillium、Aspergillus 为主;后期以Verticillium、Sarocladium为主。本研究表明,由细菌和真菌组成的复合菌群能促进秸秆的降解,这为后续酶提纯和关键菌属的进一步研究提供理论支持,同时也为开发生物燃料、畜牧饲料或其它化学产品奠定基础。
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