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秸稈還田土壤中高效纖維素分解菌的篩選、鑒定及其生物效應(yīng)研究

來源:論文學(xué)術(shù)網(wǎng)
時間:2024-08-18 22:06:25
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秸稈還田土壤中高效纖維素分解菌的篩選、鑒定及其生物效應(yīng)研究【摘要】:中國是農(nóng)業(yè)大國,年產(chǎn)各種農(nóng)作物秸稈約8.0億t,占世界秸稈總產(chǎn)量的20%~30%,其中絕大部分作為廢棄物被丟棄焚

【摘要】:中國是農(nóng)業(yè)大國,年產(chǎn)各種農(nóng)作物秸稈約8.0億t,占世界秸稈總產(chǎn)量的20%~30%,其中絕大部分作為廢棄物被丟棄焚燒,不僅浪費(fèi)了資源,也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。秸稈還田是當(dāng)今世界上普遍關(guān)注的一項培肥地力和增產(chǎn)增效的農(nóng)藝措施,但還田玉米秸稈存在腐解難的問題,如何加速還田玉米秸稈的腐解是目前研究的熱點。本研究采用纖維素-剛果紅染色法從河北省山前平原小麥-玉米輪作區(qū)且長期秸稈還田的小麥季農(nóng)田土壤中分離篩選出高效分解纖維素的菌株,在優(yōu)化其產(chǎn)酶條件、發(fā)酵條件和CMC酶活力的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了該菌株對玉米秸稈的腐解能力、土壤中固定態(tài)磷的釋放和小麥生長及其磷營養(yǎng)狀況的影響等方面研究。主要研究結(jié)果如下: 1.采用纖維素-剛果紅染色法,經(jīng)形態(tài)鑒定初步篩選出具有纖維素分解菌真菌8株,細(xì)菌20株;進(jìn)一步采用水解圈測定,酶活力比較分析,得到高效纖維素分解真菌1株,編號為HB1,經(jīng)18S rDNA基因序列分析,確定為草酸青霉(Penicillium oxalicum),命名為草酸青霉HB1(P. oxalicum HB1),該菌株現(xiàn)保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心(CGMCC),保藏號為CGMCC NO. 4842;得到高效纖維素分解細(xì)菌3株,編號為B1,B2和B3,其中B1、B2為芽孢桿菌,B3為無芽孢桿菌;室內(nèi)搖瓶試驗研究了草酸青霉HB1和3株細(xì)菌的生長曲線,并對內(nèi)切葡聚糖酶(CMC酶)和濾紙酶(FPA酶)活力進(jìn)行了測定。結(jié)果表明,利用CMC-Na培養(yǎng)基,按1%接種量,30℃,180rpm搖瓶培養(yǎng)72h,草酸青霉HB1菌株的CMC酶和FPA酶活力分別達(dá)672.8U和774.6U。培養(yǎng)12h時,B1和B3菌CMC酶活力近峰值,分別為31.2U和24.4U;培養(yǎng)18h時,B2菌CMC酶活力達(dá)最高,為36.3U。培養(yǎng)12h時,B1菌FPA酶活力達(dá)高峰,為34.1U;培養(yǎng)8h時,B2、B3菌FPA酶活力最大,分別為39.2U和163.6U。綜合比較發(fā)現(xiàn)草酸青霉HB1菌株的CMC酶和FPA酶活力最高,因此對該菌株展開如下系統(tǒng)的研究。 2.草酸青霉HB1菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化 首先選擇氮源、接種量、培養(yǎng)溫度、發(fā)酵時間、培養(yǎng)基初始pH進(jìn)行單因子試驗,對草酸青霉產(chǎn)酶條件的影響,結(jié)果表明該菌最佳產(chǎn)酶條件為3%的牛肉膏蛋白胨為氮源,接種量為5%,培養(yǎng)溫度為28℃~35℃,pH=4.0~7.0,培養(yǎng)48h~72h。進(jìn)一步采用正交設(shè)計研究了pH、溫度、固液比和培養(yǎng)時間四因素對草酸青霉HB1菌株發(fā)酵的影響,綜合考慮CMC酶、FPA酶、纖維素酶、半纖維素酶四種酶活力,該菌株最優(yōu)發(fā)酵條件為固液比為1:10,培養(yǎng)時間為48h,培養(yǎng)溫度為30℃,pH為6.5。 在草酸青霉HB1菌株作為纖維素分解菌,以CMC-Na液體培養(yǎng)作基質(zhì),研究CMC酶活力的結(jié)果表明,該酶反應(yīng)的最適pH為5.0左右,其pH的穩(wěn)定性在4.0~5.0范圍內(nèi),酶反應(yīng)的最適溫度為50℃,其熱穩(wěn)定性在40℃~50℃之間。 3.草酸青霉HB1對玉米秸稈腐解能力評價 采用室內(nèi)搖瓶試驗、土樣培養(yǎng)試驗及小麥盆栽試驗對其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。利用玉米秸稈替代CMC-Na的培養(yǎng)基中,按1%接種量,30℃,180rpm搖瓶培養(yǎng)72h,CMC酶和FPA酶活力則分別為282.9U,618.3U,纖維素酶活力為376.1U;利用3%的牛肉膏蛋白胨為氮源,接種量為5%,培養(yǎng)溫度為30℃,pH=7.0,培養(yǎng)72h,其CMC酶活力高達(dá)888.8U。從腐解秸稈的形態(tài)特征發(fā)現(xiàn),草酸青霉HB1處理的秸稈與對照相比形態(tài)發(fā)生明顯改變,在培養(yǎng)10d后,秸稈腐解率達(dá)87.3%,為對照的1.90倍;初步說明該菌株具有較強(qiáng)的玉米秸稈腐解能力。在土壤培養(yǎng)試驗中,培養(yǎng)30d時,接種草酸青霉HB1的土壤中玉米秸稈的腐解率達(dá)83.5%,是對照的1.62倍;在小麥盆栽試驗中,培養(yǎng)50d時,接種草酸青霉HB1的土壤中還田秸稈腐解率達(dá)70.8%,高于對照15.1%。 4.土壤中接種草酸青霉HB1的解磷作用及其生物效應(yīng)研究土壤培養(yǎng)試驗以及小麥盆栽試驗研究還表明,接種草酸青霉HB1有利于土壤固定態(tài)磷的釋放和提高植物對磷的吸收利用。在土壤培養(yǎng)30d時,處理組和對照組中土壤速效磷含量分別達(dá)98.6mg/kg和77.1mg/kg,高出對照27.9%;在培養(yǎng)50d時,小麥植株地上部和地下部,處理組和對照組全磷含量分別為12.6g/kg、7.62g/kg和25.9g/kg、21.1g/kg,分別高出對照65.3%和22.7%,差異顯著性分析表明,各處理組與其對照組差異顯著;同時有利于植物的生長,在培養(yǎng)30d時,小麥植株生物量增加16.8%。 本試驗所獲得的草酸青霉HB1對玉米秸稈腐解的同時在土壤中解磷的特性還未見其他作者報道,具有進(jìn)一步利用研究的價值。 【關(guān)鍵詞】:秸稈還田土壤 纖維素分解菌 酶活力 玉米秸稈腐解 生物效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2012
【分類號】:S141.4
【目錄】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-11
  • 1 引言11-19
  • 1.1 研究背景及意義11
  • 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展11-17
  • 1.2.1 秸稈還田的研究進(jìn)展11-12
  • 1.2.2 纖維素和纖維素酶的研究進(jìn)展12-15
  • 1.2.3 纖維素分解菌的研究進(jìn)展15-16
  • 1.2.4 微生物產(chǎn)酶條件的研究進(jìn)展16-17
  • 1.2.5 纖維素酶活力的研究進(jìn)展17
  • 1.3 研究內(nèi)容17-19
  • 2 秸稈還田土壤中高效纖維素分解菌的篩選及其特性研究19-32
  • 2.1 材料與方法19-20
  • 2.1.1 土壤樣品19
  • 2.1.2 培養(yǎng)基19
  • 2.1.3 主要試劑19-20
  • 2.1.4 主要儀器設(shè)備20
  • 2.2 方法20-23
  • 2.2.1 纖維素分解菌的分離20
  • 2.2.2 高效菌株的篩選20-21
  • 2.2.3 高效菌株的鑒定21-22
  • 2.2.4 高效菌株生長曲線的測定22
  • 2.2.5 CMC 酶和FPA 酶活力的測定22-23
  • 2.2.6 數(shù)據(jù)分析23
  • 2.3 結(jié)果與分析23-30
  • 2.3.1 纖維素菌的分離及其基本形態(tài)觀察23-24
  • 2.3.2 高效菌株的篩選24-26
  • 2.3.3 高效纖維素菌株培養(yǎng)性狀的顯微觀察及其鑒定26-27
  • 2.3.4 生長曲線的測定27-28
  • 2.3.5 高效菌株CMC 酶和FPA 酶活力測定28-30
  • 2.4 討論30-31
  • 2.5 小結(jié)31-32
  • 3 草酸青霉HB1 菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化32-44
  • 3.1 材料與方法32-34
  • 3.1.1 酶活的測定32
  • 3.1.2 草酸青霉HB1 菌株產(chǎn)酶條件的優(yōu)化32-33
  • 3.1.3 草酸青霉HB1 菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化33
  • 3.1.4 草酸青霉HB1 菌株 CMC 酶活力的研究33
  • 3.1.5 數(shù)據(jù)分析33-34
  • 3.2 結(jié)果與分析34-43
  • 3.2.1 草酸青霉HB1 菌株產(chǎn)酶條件的優(yōu)化34-36
  • 3.2.2 草酸青霉HB1 菌株發(fā)酵條件的優(yōu)化36-41
  • 3.2.3 草酸青霉HB1 菌株 CMC 酶活力的研究41-43
  • 3.3 討論43
  • 3.4 小結(jié)43-44
  • 4 草酸青霉HB1 對玉米秸稈腐解能力的評價44-47
  • 4.1 材料與方法44-45
  • 4.1.1 草酸青霉HB1 產(chǎn)CMC 酶、FPA 酶和纖維素酶活力測定44
  • 4.1.2 秸稈搖瓶試驗44
  • 4.1.3 土壤培養(yǎng)試驗44
  • 4.1.4 小麥盆栽試驗44
  • 4.1.5 數(shù)據(jù)分析44-45
  • 4.2 結(jié)果與分析45-46
  • 4.2.1 草酸青霉HB1 產(chǎn)CMC 酶、FPA 酶和纖維素酶活力測定45
  • 4.2.2 秸稈搖瓶試驗45
  • 4.2.3 土壤培養(yǎng)試驗45
  • 4.2.4 小麥盆栽試驗45-46
  • 4.3 討論46
  • 4.4 小結(jié)46-47
  • 5 草酸青霉HB1 的生物效應(yīng)研究47-55
  • 5.1 材料與方法47-48
  • 5.1.1 菌株活化47
  • 5.1.2 發(fā)酵液的制備47
  • 5.1.3 草酸青霉HB1 對小麥種子發(fā)芽率及出苗情況的影響47
  • 5.1.4 草酸青霉HB1 解磷能力的研究47-48
  • 5.1.5 數(shù)據(jù)分析48
  • 5.2 結(jié)果與分析48-53
  • 5.2.1 草酸青霉HB1 對小麥種子發(fā)芽率及出苗情況的影響48
  • 5.2.2 草酸青霉菌HB1 對小麥全磷含量的影響48-49
  • 5.2.3 青霉菌HB1 對小麥植株生長的影響49-50
  • 5.2.4 草酸青霉菌HB1 對土壤速效磷的影響50-51
  • 5.2.5 3 株細(xì)菌對小麥、玉米種子發(fā)芽率及出苗情況的影響51-52
  • 5.2.6 3 株細(xì)菌生物化學(xué)效應(yīng)研究52-53
  • 5.3 討論53-54
  • 5.4 小結(jié)54-55
  • 6 結(jié)論與展望55-57
  • 6.1 結(jié)論55-56
  • 6.2 展望56-57
  • 參考文獻(xiàn)57-63
  • 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文63
  • 在讀期間申請的專利63-64
  • 作者簡介64-65
  • 致謝65-66


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基于動物糞便的纖維素分解菌篩選及分解纖維素能力研究    馬海玲

秸稈還田對黑土土壤主要物理化學(xué)性狀影響的研究    李傳寶

固氮菌和纖維素分解菌的分離及混合添加對瘤胃發(fā)酵的影響    李昊

高產(chǎn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不同秸稈還田模式和施肥水平對作物生長的影響研究    趙彩霞

吉林省雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)玉米秸稈還田機(jī)械化耕作技術(shù)研究    李萬良

秸稈還田條件下稻麥生產(chǎn)密肥調(diào)控技術(shù)研究    吳延華

一株高活力纖維素分解菌的篩選及酶學(xué)性質(zhì)研究    萬先凱