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秸秆原位降解菌选育与应用及其土壤菌群分子多态性变化

秸秆原位降解菌选育与应用及其土壤菌群分子多态性变化

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作者：卜元卿南京农业大学

学位级别：硕士

本文利用人工和天然纤维素、半纤维素作为底物，建立了秸秆原位降解菌复式筛选模型，该法在兼顾微生物自然生态类群的同时，能够快速有效地从大量样品中筛选优良的秸秆降解菌。通过复式筛选模型分别从采自江苏省农科院腐烂稻秸样品中分... 详细信息

本文利用人工和天然纤维素、半纤维素作为底物，建立了秸秆原位降解菌复式筛选模型，该法在兼顾微生物自然生态类群的同时，能够快速有效地从大量样品中筛选优良的秸秆降解菌。通过复式筛选模型分别从采自江苏省农科院腐烂稻秸样品中分离得到菌株J-1211、J-1212;紫金山森林腐烂落叶样品中分离得到菌株HA-2、HC-6。根据个体形态、培养特征(群体形态)和生理生化的试验结果，参照《常见细菌系统鉴定手册》(东秀珠，2001)，J-1211、J-1212、HA-2和HC-6初步鉴定属于类芽孢杆菌属(***)。供试菌株16s rDNA V3可变区的变性梯度凝胶电泳结果显示：J-1211、J-1212、HA-2和HC-6图谱不同，说明供试菌株属于不同种。 J-1211、J-1212、HA-2和HC-6耐碱性，pH生长上限大于12;盐度的耐受性大于5％;对常见的重金属、农药和除草剂的抗性较强，这些特性有利于菌株在不同性质农田定殖。植物安全性试验发现J-1211、J-1212、HA-2和HC-6发酵液对水稻、辣椒和棉花没有致病能力，供试植株生长良好，无病征出现。供试菌株对黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)、小麦赤霉病菌(Fusarium graminearum)、棉花枯萎病菌(Fusatium moniliforme)有营养物竞争抑制作用。 J-1211、J-1212、HA-2和HC-6的酶学特性研究结果显示：HC-6和J-1211的内切β-1，4-葡聚糖水解酶耐碱能力强，HC-6在pH11.40时保持最大酶反应活力的61.2％;J-1211在pH11.40时保持最大酶反应活力的43.2％;J-1212的内切-β-1，4-葡聚糖水解酶活力50℃仍保持最大酶反应活力的89.2％。淀粉酶活力试验结果显示：HC-6、J-1212、J-1211和HA-2的淀粉酶活力依次为21.6Uml、18.6Uml、13.1Uml和7.11Uml J-1211、J-1212、HA-2和HC-6的果胶酶活力分别为23.05Uml、21.48Uml、21.13Uml和21.05Uml。通过单因子试验和多因子试验，确定J-1211发酵培养基为：淀粉0.8％、蔗糖0.2％、硝酸钠1.5％、酵母膏2.5％、氯化钠0.1％、磷酸氢二钾0.1％、氯化钙0.01％、硫酸镁0.03％、三氯化铁0.001％、水1000ml，28℃、起始pH8.5;J-1212发酵培养基为：淀粉0.8％、蔗糖0.2％、硝酸钠0.5％、酵母膏2.5％、氯化钠0.1％、磷酸氢二钾0.1％、氯化钙0.01％、硫酸镁0.03％、三氯化铁0.001％、水1000ml，28℃、起始pH8.0;HA-2发酵培养基为：糊精0.5％、葡萄糖0.5％、亚硝酸钠1.5％、;硫酸铵1.5％、氯化钠0.1％、磷酸氢二钾0.1％、氯化钙0.01％、硫酸镁0.03％、三氯化铁0.001％、水1000ml，37℃、起始pH7.5;HC-6发酵培养基为：糊精0.5％、葡萄糖0.8%、亚稍酸钠1.5%、;硫酸按1.5%、氛化钠0.1%、磷酸氮二钾0.1%、氛化钙0.01%、硫酸镁0.03%、三氯化铁0.001%、水1000ml，37”C、起始pH7.5。菌株最佳组合方式试验结果显示:J一1 211、J一1212、HA一2和HC一6等比例混合后对水稻秸秆的降解效果最好，5天秸秆粗纤维素降解率为88.3%，J一1211、J一1212、 HA一2和HC一6组合称为JM桔秆原位降解菌剂;JM菌剂与两种同类菌剂(均为日本引进)降解效果比较发现:盆栽试验中，JM菌剂对稻桔纤维素降解率高达8 7.57%，稻秸颜色变黑，植物组织明显腐烂，效果显著优于对照菌剂。秸秆原位降解动态变化研究发现:水稻土含水量40%0%时，秸秆在20一28℃ 腐解程度大于一2一10℃时的腐解程度，这是因为在20一28℃条件下微生物活动旺盛，因此在土壤含水量适宜的条件下，温度是影响桔秆腐解的最重要因素;但淹水条件下，温度不是稻桔腐解的决定因素，土壤通气性差抑制菌剂功能发挥，影响秸秆腐解。在培养期内，JM菌剂加快稻秸腐解速度，使培养期内土壤速效K和速效P含量迅速提高。使用JM菌剂的处理在含水量40%0%的培养条件下，水稻土速效K和速效P分别最大可提高55.1%和9.27倍;红壤速效K和速效P分别最大可提高1.27倍和92.6 %。淹水时，水稻土速效K和速效P分别最大可提高84.9%和2.77倍;红壤速效K 和速效P分别最大可提高58.8%和31.2%。模拟试验中，JM菌剂可以提高水稻土和红壤转化酶、纤维素酶活力，20一28℃培养温度则更有利于转化酶和纤维素酶活力的提高;红壤和水稻

关键词：秸秆原位还田秸秆动态变化土壤酶菌群分子多态性变性凝胶梯度电泳

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