秸稈纖維素降解菌的篩選及其利用研究

【摘要】： 我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,每年可產(chǎn)生7億t左右的秸稈,這對耕地及草原面積相對不足的我國而言,無疑是一種寶貴的資源(韓佳慧等2009)。利用微生物降解玉米秸稈,可有效提高其綜合利用率,同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的特點(diǎn),已逐漸成為近年來研究的熱點(diǎn)(史央等2002;Masohiro N et al. 2001;Rizzatti A C S et al. 2001)。目前,測定菌株產(chǎn)CMC酶(羧甲基纖維素酶)、木聚糖酶等酶的活性已經(jīng)被普遍應(yīng)用到秸稈微生物降解研究的選種方法當(dāng)中,但對接種高酶活菌株后秸稈降解效果的研究相對較少,尤其是關(guān)于酶活與降解率之間關(guān)系的定量研究更是鮮見報(bào)道;并且在秸稈實(shí)際發(fā)酵降解過程中,各影響因素交互作用的定量模型也研究的較少。因此,本研究對所選樣品中的菌種進(jìn)行了分離篩選、性能測定以及鑒定,同時(shí)研究了產(chǎn)酶能力與秸稈降解率之間的關(guān)系,接著進(jìn)行了優(yōu)良菌株的生物學(xué)特性研究及秸稈固體發(fā)酵工藝的優(yōu)化,以期為玉米秸稈的微生物降解提供理論依據(jù)。 主要研究結(jié)果如下: 1.篩選出了降解玉米秸稈能力較強(qiáng)的霉菌一株,編號為F6。 通過對供試樣品進(jìn)行富集培養(yǎng),對富集培養(yǎng)基中的菌種進(jìn)行平板涂布分離及多次轉(zhuǎn)接純化,并對所得菌株采用微晶纖維素培養(yǎng)基進(jìn)行初篩及濾紙降解試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)篩,得到有較好纖維降解能力的霉菌、放線菌、細(xì)菌各5株。經(jīng)CMC酶、木聚糖酶活性測定及玉米秸稈降解率測定最終得到玉米秸稈降解能力較強(qiáng)的霉菌F6、放線菌A4和細(xì)菌B4,其CMC酶和木聚糖酶最大酶活分別為:14.57μmol/min·g和25.69μmol/min·g,8.62μmol/min·g和27.07μmol/min·g以及6.41μmol/min·g和20.79μmol/min·g;霉菌F6的降解率最高,達(dá)44.80 %。經(jīng)鑒定屬于綠色木霉(Trichoderma viride)。綠色木霉F6對玉米秸稈降解能力最強(qiáng),選為后續(xù)固體發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的菌種。 2.不同菌株產(chǎn)CMC酶最大酶活與木聚糖酶最大酶活顯著相關(guān)。 本研究中復(fù)篩所得5株霉菌、5株放線菌及5株細(xì)菌各組產(chǎn)CMC酶活與木聚糖酶活均顯著相關(guān)。說明菌株木聚糖酶活性的增加可有效促進(jìn)CMC酶的活性,對促進(jìn)纖維結(jié)構(gòu)的降解有一定意義。 3.不同菌株產(chǎn)CMC酶及木聚糖酶的最大酶活對其降解玉米秸稈的能力影響較大。 本研究得出復(fù)篩所得5株霉菌、5株放線菌和5株細(xì)菌產(chǎn)這兩種酶的最大酶活與秸稈降解率之間關(guān)系的回歸方程,經(jīng)方差驗(yàn)證相關(guān)性極顯著。說明不同菌株降解秸稈的能力受其在玉米秸稈上產(chǎn)CMC酶及木聚糖酶最大酶活的影響較大。 4.綠色木霉F6在多種培養(yǎng)基上均能生長,可生長的溫度及pH范圍廣泛,且不同培養(yǎng)基、溫度及pH對綠色木霉F6的生長情況影響顯著。 對綠色木霉F6的生物學(xué)特性進(jìn)行初步研究,結(jié)果表明綠色木霉F6在察氏培養(yǎng)基(CA),馬丁氏培養(yǎng)基(MA),馬鈴薯葡萄糖培養(yǎng)基(PDA),馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基(PSA)及水瓊脂培養(yǎng)基(WA)這5種供試培養(yǎng)基上均能生長,但在CA上生長速度最快,且孢子密度最大。將綠色木霉F6適宜生長的培養(yǎng)基排序?yàn)? CAPDAPSAWAMA。綠色木霉F6在18±1℃~38±1℃范圍內(nèi)均能生長,以33±1℃生長最快,產(chǎn)孢量也最大。55℃加熱15 min可使F6致死。綠色木霉F6喜好中性偏酸條件,在pH 4~8的范圍內(nèi)均可以生長,在pH為6時(shí)生長最適。方差分析結(jié)果表明,不同培養(yǎng)基、溫度及pH對F6菌絲生長速率的影響差異均可達(dá)極顯著水平。 5.通過模型優(yōu)化得出綠色木霉F6降解玉米秸稈的工藝參數(shù)。 確定了綠色木霉F6降解玉米秸稈的工藝參數(shù)是:溫度32.0℃,基質(zhì)含水率62.2 %,接種量1.0 ml/g(基質(zhì)),基質(zhì)初始pH 5.8。降解溫度及基質(zhì)含水率的增加對秸稈降解率的影響最為明顯,其中發(fā)酵溫度是發(fā)酵過程中的關(guān)鍵控制因素。各因素的互作效應(yīng)表明:發(fā)酵溫度與基質(zhì)含水率、接種量與初始pH的互作能產(chǎn)生有利的試驗(yàn)效果,即適當(dāng)增加試驗(yàn)參數(shù)的量有助于提高發(fā)酵后玉米秸稈的降解率。 【關(guān)鍵詞】：玉米秸稈 CMC酶 木聚糖酶 降解率 固體發(fā)酵
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X712;X172
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-21
• 1.1 秸稈的成分及其結(jié)構(gòu)12-16
• 1.1.1 纖維素的結(jié)構(gòu)及特性13-14
• 1.1.2 木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)及特性14-15
• 1.1.3 半纖維素15-16
• 1.2 秸稈微生物降解的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 秸稈降解的基本方法16-19
• 1.2.2 秸稈降解微生物的種類及功能19-20
• 1.3 本研究的目的及意義20-21
• 第二章 纖維素降解菌的篩選21-28
• 2.1 玉米秸稈纖維素降解菌的富集、分離及純化21-22
• 2.1.1 材料21
• 2.1.2 方法21-22
• 2.1.3 結(jié)果與分析22
• 2.2 玉米秸稈纖維素降解菌的篩選22-27
• 2.2.1 材料22
• 2.2.2 方法22-24
• 2.2.3 結(jié)果與分析24-27
• 2.3 結(jié)論與討論27-28
• 第三章 菌種的性能測定及初步鑒定28-40
• 3.1 產(chǎn)酶活性的測定28-35
• 3.1.1 材料28-29
• 3.1.2 方法29-30
• 3.1.3 結(jié)果與分析30-35
• 3.2 秸稈降解率的測定35-37
• 3.2.1 材料35
• 3.2.2 方法35-36
• 3.2.3 結(jié)果與分析36-37
• 3.3 優(yōu)勢菌種的鑒定37-38
• 3.3.1 材料37
• 3.3.2 方法37
• 3.3.3 結(jié)果與分析37-38
• 3.4 結(jié)論與討論38-40
• 第四章 綠色木霉 F6的生物學(xué)特性40-48
• 4.1 材料40
• 4.1.1 供試菌株40
• 4.1.2 培養(yǎng)基40
• 4.1.3 儀器40
• 4.2 方法40-41
• 4.2.1 F6 在不同培養(yǎng)基上的生長情況40
• 4.2.2 不同溫度對 F6 生長的影響40-41
• 4.2.3 高溫對 F6 致死性的影響41
• 4.2.4 不同 pH 值對 F6生長的影響41
• 4.2.5 數(shù)據(jù)處理41
• 4.3 結(jié)果與分析41-47
• 4.3.1 F6 在不同培養(yǎng)基上的生長情況41-42
• 4.3.2 不同溫度對 F6 生長狀況的影響42-43
• 4.3.3 高溫對 F6 致死性的影響43-45
• 4.3.4 不同 pH 值對 F6生長狀況的影響45-47
• 4.4 結(jié)論與討論47-48
• 第五章 玉米秸稈固體發(fā)酵條件初探48-54
• 5.1 材料48
• 5.1.1 材料48
• 5.1.2 培養(yǎng)基48
• 5.1.3 儀器48
• 5.2 方法48-49
• 5.2.1 發(fā)酵溫度對秸稈降解率的影響48
• 5.2.2 基質(zhì)含水率對秸稈降解率的影響48-49
• 5.2.3 接種量對秸稈降解率的影響49
• 5.2.4 基質(zhì)初始 pH 值對玉米秸稈降解率的影響49
• 5.2.5 數(shù)據(jù)處理49
• 5.3 結(jié)果與分析49-53
• 5.3.1 不同溫度對秸稈降解率的影響49-50
• 5.3.2 基質(zhì)含水率對秸稈降解率的影響50-51
• 5.3.3 不同接種量對秸稈降解率的影響51-52
• 5.3.4 不同初始 pH 對秸稈降解率的影響52-53
• 5.4 結(jié)論與討論53-54
• 結(jié)論與展望54-55
• 1. 主要結(jié)論54
• 2. 討論54-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 致謝61-62
• 個(gè)人簡介62

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