秸秆堆肥功能微生物与高效降解菌剂的研究进展

秸秆通过堆肥发酵生产有机肥是秸秆资源高效利用的有效途径。在堆肥中添加高效微生物降解菌剂能加速秸秆腐熟的过程,使复杂的有机物在短时间内降解为植物可利用的简单化合物。国内外关于产木质纤维素降解酶微生物的研究较多,但关于秸秆降解菌的应用研究较少。该文详细介绍了秸秆降解的功能微生物、高效降解菌剂及其应用效果,阐述了多种功能微生物在降解秸秆间的协同作用,并对多功能秸秆降解菌剂的研究现状和存在问题进行分析,为今后开发高效多效秸秆降解菌剂提供了理论基础。

高效烃降解菌群的驯化、降解特性及初步应用

微生物技术在石油污染土壤的修复中具有广阔的应用前景,而获得具有高降解效率的菌(菌群)是保证高效修复的关键。该研究从4种不同含油土壤中驯化、培养获得稳定、高效降解石油烃的1号菌群,对其进行高通量测序,确定菌群组成;研究不同环境因素对该菌群石油烃降解能力的影响,确定了最佳降解条件;对菌群降解石油烃的特性和降解动力学进行了分析;探究了该菌群在较高浓度含油土壤中的应用潜力,以及以破碎荞麦壳为载体,将菌群固定化后修复石油烃-镉复合污染土壤的能力。结果表明,该菌群主要由寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、苍白杆菌属(Ochrobactrum)、乳杆菌属(Lactobacillus)和无色杆菌属(Achromobacter)等组成;在原油质量浓度为0.5%,p H为8,盐度为1%,温度为35℃,C∶N∶P为100∶2∶1,以硝酸铵为氮源的最佳条件下,培养10 d后,菌群对石油的降解率由52.1%提高至76.6%;GC-MS分析结果显示,培养9 d和24 d后菌群对C13~C26烷烃平均降解率分别为90.3%和97%,说明该菌群能够快速高效降解中长链烷烃。菌群对原油初始浓度为0.5%和4%的降解符合一级反应动力学模型。将菌群接种于石油含量为4 631 mg/kg、8 591 mg/kg的土壤中,40 d后降解率分别为47.7%、26.4%;固定化后的菌群用于修复石油烃-镉复合污染土壤,石油烃降解率、土壤脱氢酶活性和过氧化氢酶活性高于其他组,可交换态镉的浓度低于其他组。以上结果充分显示了该菌群在石油浓度较高的土壤以及石油烃-镉复合污染土壤修复中的应用潜力。

基于微生物高通量分离技术的白星花金龟幼虫消化道玉米秸秆降解菌筛选

白星花金龟幼虫在转化玉米秸秆过程中,其肠道微生物发挥关键作用。为获得优良秸秆降解菌株,研究通过优化秸秆提取物(Straw extract,SE)提取参数,制备SE培养基,采用高通量分离培养方法,从白星花金龟幼虫后肠分离得到1128株细菌,微生物可培养率为42.1%。从中筛选到纤维素降解菌409株,木质素降解菌669株。测定部分菌株降解率,结果表明,菌株P61-C4、P63-G12-1和P62-D4-2对滤纸条降解率分别为45.6%、31.7%、26.8%;菌株P61-C7-1、P61-C6-2、P61-C10-1对木质素磺酸钠降解率分别为50.5%、30.6%、25.1%。研究结果明确白星花金龟幼虫肠道微生物对转化玉米秸秆的作用,丰富秸秆生物降解菌株资源,对促进农业可持续发展具有重要意义。

纤维素降解菌的分离筛选及其秸秆降解能力研究

通过筛选高效的秸秆纤维素降解菌,为进一步资源化利用农作物秸秆提供优质的微生物资源。采集奶牛粪样品,通过纤维素平板刚果红染色法初筛及发酵液纤维素酶和木聚糖酶活性测定法复筛菌种,探究选出菌株对秸秆的降解能力。结果表明,筛选获得9株产纤维素酶的菌株,其中菌株TX1的透明圈与菌落直径比值最大,为1.729。菌株TX7的纤维素酶活力和木聚糖酶活力最强,CMC-Na酶(CX)活力为0.2247 U/mL,滤纸酶(FPA)活力为0.2960 U/mL,木聚糖酶活力为8.84 U/mL。菌株TX3对小麦秸秆半纤维素和纤维素的降解能力最强,每1.000 g小麦秸秆的纤维素、半纤维素质量分别为0.185、0.190 g;菌株TX7对小麦秸秆木质素的降解能力最强,每1.000 g小麦秸秆的木质素质量只有0.037 g。由此可见,菌株TX3、TX7具有进一步研发成高效降解秸秆微生物菌剂的潜力,为秸秆纤维素的转化利用提供了优质的菌种资源。

麦洼牦牛粪便纤维素降解菌的筛选、鉴定及产酶条件优化

为从麦洼牦牛粪便中筛选出具有高纤维素降解能力的菌株,通过羧甲基纤维素钠(CMC-Na)培养基分离培养,再利用滤纸条崩解和刚果红平板透明圈试验进行初筛,将获得的菌株使用DNS法测定CMC酶活力进行复筛。根据菌体形态学观察及16S rRNA序列测定及序列同源性比较结合构建的系统发育树分析,确定该菌分类地位。结果表明,从麦洼牦牛粪便中筛选出1株酶活性为11.88 U/mL的纤维素酶产生菌株,经菌种初步鉴定该菌为溶杆菌属,命名为Lysobacter sp.MY16。以菌株MY16发酵产酶的最优培养基配方为:最适碳源蔗糖(50 g/L),最适氮源尿素(7 g/L)为基础,对其培养条件采用Plackett-Burman试验和最陡爬坡试验,结合Box-Benhnken试验响应面法分析,得出培养条件优化结果为温度41℃、接种量8.1%、时间21 h。在最适条件下,培养CMCase活性为36.12 U/mL,比优化前提高了2.04倍。综上可知,本研究筛选出了1株具有高CMC酶活性的菌株MY16,可为纤维素的生物高值转化提供优质的菌种资源。

一株苜蓿缩合单宁降解菌的筛选及其鉴定

研究旨在筛选鉴定缩合单宁降解菌,为缩合单宁生物降解提供微生物资源支持,并为扩大紫花苜蓿的利用提供参考。以苜蓿根部土壤为菌源,以缩合单宁为唯一碳源的耐受培养基筛选得到一株降解缩合单宁的菌株,对其进行形态学观察、生理生化特征测定、16S rDNA基因序列比对,测定生长曲线,观察菌种固态发酵紫花苜蓿的效果。结果显示:确定筛选出的菌株为Klebsiella sp.,命名为DN-2。菌株DN-2在肉汤培养基上约3 h进入对数期,24 h时菌液在600 nm的光密度(OD_(600 nm)值)为2.405;在含有缩合单宁的营养肉汤培养基上约4.5 h进入对数生长期,20 h达最大OD_(600 nm)值2.35,整体表现为菌株生长的迟缓期延长而稳定期缩短。正丁醇盐酸检测结果显示,菌株DN-2生长36 h对菌液中的缩合单宁降解率高达94.2%。DN-2菌株固态发酵苜蓿结果显示,发酵处理5 d时,缩合单宁降解率达59.73%,可见DN-2菌株对苜蓿中缩合单宁具有良好的降解效果。研究表明,菌株DN-2的筛选对于植物来源的缩合单宁的生物降解及微生物资源的开发具有一定的实践意义,并为苜蓿在动物生产中的扩大应用提供参考。

β-胡萝卜素高效降解菌株的筛选鉴定及产香研究

采用梯度稀释涂布法从常年落叶的土壤中筛选出3株具有降解β-胡萝卜素能力的菌株,通过分光光度法测定发酵液中β-胡萝卜素的降解率,进而对发酵液中的产物进行GC-MS分析,筛选出目标菌株TR-3,其降解β-胡萝卜素的能力在3株中最强,降解率达86.65%。革兰氏染色和光学显微镜观察结果表明,该菌株为革兰氏阴性杆菌;16S rDNA测序及聚类发育分析结果表明,菌株TR-3为肠杆菌属;气质联用(GC-MS)法分析发现,其对β-胡萝卜素降解产物中的成分主要为仲辛酮(37.69%)、苯乙醇(13.88%)、磷酸三丁脂(5.55%)、癸酸乙酯(5.54%)、β-紫罗兰酮(4.80%)及月桂酸乙酯(3.73%)等致香物质。

高效氟氯氰菊酯降解菌的分离与降解特性研究

[目的]筛选降解高效氟氯氰菊酯(β-CF)的微生物菌种资源,并研究其降解特性。[方法]利用梯度压力驯化法,从曾使用拟除虫菊酯类杀虫剂的土壤中富集筛选降解β-CF的候选菌株,通过形态学和基于16S rRNA基因序列系统发育分析鉴定其分类地位,采用单因素试验研究菌株对β-CF的耐受性和降解特性。[结果]筛选获得1株以β-CF为唯一碳源生长、环境适应能力强的细菌GM4,经鉴定该菌为嗜油不动杆菌(Acinetobacter oleivorans)。菌株GM4对β-CF的耐受浓度可以达到600 mg/L,在初始浓度50 mg/L、pH 8.0、接菌量10%、温度28℃条件下培养48 h后,对β-CF降解率为99.44%。[结论]菌株GM4能高效降解β-CF,是环境中β-CF类农药残留生物修复的优良种质资源。

聚苯乙烯降解菌的筛选鉴定及降解特性研究

石油基废弃塑料造成的环境污染已成为人类难以解决的问题,而现有的处理方式既耗能又容易造成二次污染。研究发现,大蜡螟幼虫肠道内存在降解塑料的细菌,可有效加快塑料的降解,分离纯化其肠道内菌株具有极高的研究价值。因此,使用生活中常见的聚苯乙烯(PS)包装盒作为唯一食物来源喂食大蜡螟幼虫,富集大蜡螟幼虫肠道内的PS降解菌;经解剖、培养、分离,最终获得4株菌株(PD-1、PD-2、PD-3和PD-4)。将各菌株接种至以PS薄膜为唯一碳源的基础盐培养基(MSM培养基)并测定了其降解率。结果表明,PD-1对PS薄膜降解率最高,为1.8%。对PD-1进行菌株形态观察、生理生化测定及系统发育树构建,鉴定PD-1为肠杆菌科克雷伯氏菌属(Klebsiella)。同时,采用紫外或硝酸对PS薄膜进行了预处理,以期提高菌株降解率。结果表明,PD-1降解硝酸预处理的PS薄膜的降解率为2.5%,而对紫外预处理的PS薄膜的降解率为0.8%,PS薄膜经硝酸预处理后更易被PD-1降解。

一株海洋碳九芳烃降解菌的筛选及降解性能研究

从受到福建泉港碳九泄漏事故影响的海域中采得了海水样品,通过连续富集培养筛选获得了6株碳九芳烃降解菌,其中菌株HYHG-6在培养过程中出现了最明显的碳九芳烃降解乳化现象。通过菌落形态与菌体形态学观察、生理生化鉴定和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOFMS)等方法,鉴定出菌株HYHG-6为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。通过改变降解环境的初始pH、培养温度、盐度及碳九芳烃浓度,探究4种因素对细菌降解性能的影响。结果表明,该菌株的最佳培养条件是初始培养pH值8.0,培养温度30°C,盐度35‰、碳九芳烃浓度1.0%,7d降解率可达73.56%。该菌株具有良好的碳九芳烃降解性能及环境适应性,可用于海上溢油的生物修复。

红树林沉积物聚乙烯降解菌的筛选和降解特性

【目的】探究湛江市麻章区红树林沉积物中微生物对聚乙烯(PE)塑料的降解特性,丰富红树林塑料降解菌种类。【方法】在湛江市麻章区红树林的高、中、低潮带随机选取9个样点,并采用五点采样法从红树林表层2~5 cm的沉积物中取样。将采集到的沉积物样本在以聚乙烯为唯一碳源的无机盐培养基中进行富集、分离、纯化,以筛选出能够降解PE的菌株,并通过显微形态分析、分子鉴定等方法确定其种属;通过测定生长曲线、失重率、以及分析官能团变化来验证菌株对PE塑料的降解性能。【结果与结论】从沉积物中共筛选出K1-1、K1-2和K1-3三株PE降解能力较强的菌,分别为威尼斯不动杆菌(Acinetobacter venetianus)、Pseudomonas juntendi和维德曼芽孢杆菌(Bacillus wiedmannii)。在120 d的培养周期中,这些菌株的生长曲线均呈抛物线形态。经三株菌作用后,PE表面生成羟基,并形成氨基和羟基化合物,羟基取代羰基,导致PE表观和内部结构明显改变。经120 d处理后,PE膜的失重率分别为6.42%、5.38%和5.73%,其中K1-1菌株处理后PE塑料的失重率相较于目前报道的红树林沉积物中最高降解效率菌株Bacillus gottheilii处理后塑料的失重率提升3.55%。威尼斯不动杆菌(A.venetianus)在PE塑料降解上具有一定潜力,这丰富了湛江红树林沉积物中PE降解菌的种类,为PE塑料的生物降解提供理论支持。

酚酸降解菌的分离、鉴定及其减轻烟草连作障碍的效果研究

烟草根系分泌物中的酚酸类成分在土壤中过度积累是导致烟草连作障碍出现的重要原因.为减轻烟草连作障碍,以云南省昆明市连作烟田的土壤为材料,筛选出对烟草具有促生效果的酚酸降解菌N8.通过形态学和分子生物学方法确定该菌为短波单胞菌(Brevundimonas naejangsanensis).该菌株可降解烟草连作土壤中73.4%的阿魏酸和83%的苯甲酸.连作土盆栽烟草经该菌株处理后,其株高、茎围、叶长指标相比于对照组,分别增长了17.22%、16.86%、5.05%.在田间小区试验中,N8菌株处理组烟草的株高、干重指标均高于对照组,分别提高2.13%与23.33%.研究筛选出的菌株N8为消除烟草连作障碍提供了有益的菌株储备.

一株蒽降解菌的分离筛选及降解特性初析

多环芳烃(PAHs)是土壤中最常见的典型持久性有机污染物,蒽作为其典型代表,常被用作降解PAHs的模型化合物和检测PAHs污染的指示物。采集北京郊区受污染土样,通过驯化和富集,分离出185株具有蒽降解潜力的菌株,采用高效液相色谱法定量测定菌株的蒽降解效率,筛选获得一株可高效降解蒽的菌株R4004-2。经菌落形态观察、16S rRNA和gyrB基因系统发育分析、基因组框架图ANI、DDH和dDDH值分析,确定R4004-2为施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)。菌株R4004-2以蒽为唯一碳源,对蒽的降解率可达82.3%,在肉汤培养基中的生长速度最快。在蒽含量为0.25 mg/kg的污染土壤中,施氏假单胞菌R4004-2可以有效定殖,具有修复污染土壤的潜力。基于转录组以及代谢组结果,施氏假单胞菌R4004-2通过双加氧酶进行对蒽的第一步氧化,后续分别通过蒽醌的氧化以及1-羟基-2-萘甲酸酯的分解两个途径完成对蒽的降解,初步解析了其降解机制。

不同来源纤维素降解菌的筛选、鉴定及产酶能力的比较

为了选育纤维素高效降解菌,提高纤维素降解效率。本研究从肉牛瘤胃液、肉牛粪便,蝗虫肠道末筛选纤维素降解能力较强的株系,对其进行生物学鉴定和酶活性比较。结果表明,从肉牛瘤胃液中筛选出纤维素降解株系L7,L8-1和L9,分别鉴定为高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)、暹罗芽孢杆菌(B.siamensis)和枯草芽孢杆菌(B.subtillus);从蝗虫肠道末中筛选得到株系H2-1和H3-1,分别鉴定为枯草芽孢杆菌(B.subtillus)和解蛋白芽孢杆菌(B.proteolyticus);从肉牛粪便中筛选得到株系F8-2被鉴定为高地芽孢杆菌(B.altitudinis)。其中降解能力最强的株系为L7,其全酶(FPA)、外切葡聚糖酶(C_(1)),内切葡聚糖酶(CMC)和β-葡萄糖苷酶(β-Gase)活性分别为4.28,1.89,5.57,2.30 U·mL^(-1)。菌落D/d平均值与FPA,CMC,C_(1),β-Gase的酶活性呈显著正相关(P<0.05)。本研究筛选得到株系L7具有较强的纤维素降解能力,为提高饲料转化率提供了更多可能。

纤维素降解菌的筛选、鉴定及其秸秆降解效果

为加速畜禽粪便和农作物秸秆的快速腐熟,筛选高效纤维素降解菌,为研制适宜宁夏本土堆肥发酵的有机物料腐熟剂奠定基础。试验从宁夏不同区域牛羊粪堆肥、沟渠、林土采集样品,通过对样品中纤维素降解菌的富集、分离、纯化,经刚果红染色、纤维素酶活性测定、滤纸条降解及水稻秸秆降解试验,筛选出本土纤维素降解菌并鉴定。结果表明,经过分离筛选得到3株效果最好的菌株,分别命名为X-32、HX-5、G3,纤维素酶活性分别为111.46、74.12和66.23 U/mL。其中,菌株X-32能使滤纸条在60 h内完全降解,通过水稻秸秆降解试验表明发酵21 d时,各个菌株对水稻的降解率均显著高于CK,其中,X-32、HX-5、G3菌株对水稻降解率分别为48.26%、43.01%、23.33%。对2株优势降解菌株X-32、HX-5进行分子生物学鉴定,确定X-32菌株为Paenibacillus polymyxa(多黏类芽孢杆菌),HX-5菌株为Bacillus velezensis(贝莱斯芽孢杆菌),可用于适宜宁夏本土有机物料腐熟剂开发。

3株高效石油降解菌对SBR处理含油废水的强化作用

研究了3株不同高效石油降解菌株用于序批式活性污泥法(SBR)处理含油废水的效果。结果表明,投加菌液苍白杆菌FP1、假单胞菌X1、红平红球菌KB1的SBR,COD平均去除率分别为90.8%、92.8%、98.2%;石油类物质平均去除率分别为79.1%、80.0%、92.8%;NH_(4)^(+)-N平均去除率分别为87.5%、91.4%、94.7%;TP平均去除率分别为23.8%、30.9%、44.4%。与未投加石油降解菌相比,投加石油降解菌株能显著提高SBR对含油废水中各污染物的去除效率,同时系统运行稳定,耐冲击负荷能力高。实验结果还表明在SBR中投加Fe Cl3利用化学除磷协助生物除磷可提高系统对TP的去除率,同时提高活性污泥的絮凝沉降性能,增加系统内活性生物量。该研究为生物强化SBR处理含油废水的工艺设计与设备运行提供了参考,石油降解菌强化SBR技术有望应用于含油废水生物处理。

耐冷四环素降解菌筛选及其在低温猪粪四环素降解中的初步应用

四环素是畜牧业常用抗生素,其广谱性和难以代谢性导致药物普遍残留在畜禽粪便中。于严寒地区生产四环素兽药厂采集排污口污泥,采用富集筛选方法分离到1株四环素降解细菌。根据菌株显微形态特性、生理生化特征及分子生物学鉴定,将该菌株鉴定为Serratia sp.ZS-8。在10℃条件下,将其置于以四环素(50 mg·L^(-1))为唯一碳源的无机盐培养基中,培养7 d后,四环素降解率可达63.9%(降解速率0.190 mg·L^(-1)·h^(-1))。通过PlackettBurman(PB)设计筛选影响四环素降解的主要因素,再通过Box-Behnken Design优化主要因素,得到最佳降解条件为:温度18.0℃、pH 7.0、底物浓度50 mg·L^(-1),接种量4.4%。最佳降解率达到65.2%,较未优化前提高2.03%。在环境温度为10℃条件下,将该菌株接种至猪粪中,30 d猪粪中四环素残留量由11.4 mg·kg^(-1)降低至3.84 mg·kg^(-1),降解率为64.5%,显著高于对照组(22.9%)。

一株高效石油降解菌的筛选及降解能力初探

为了有效降解石油开采过程中产生的含油污泥中的石油,达到油泥资源再利用的目的,选育高效石油降解菌,为石油污染生物修复提供菌种资源和技术支持。通过连续富集传代培养,从页岩油泥中分离出一株高效石油降解菌YH1-1,经过形态学、生理生化以及16S rRNA序列分析,鉴定YH1-1为醋酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)。该菌在温度30℃、初始培养pH值7.0条件下降解质量浓度50 g/L的油泥,经气相色谱(GC)分析,28 d降解率可达87%,说明该菌可有效降解石油烃。因此,醋酸钙不动杆菌YH1-1在开发研制石油污染生物修复菌剂方面有较好的应用前景。

冷藏石斑鱼特定腐败菌菌相高通量测序分析及蛋白降解菌筛选鉴定

【目的】研究珍珠龙胆石斑鱼(Epinephelus fuscoguttatus♀×Epinephelus lanceolatus♂)冷藏过程优势腐败菌的菌相变化,筛选鉴定具有强蛋白分解能力的特定腐败菌。【方法】通过质量指数法(QIM)评价、菌落计数、挥发性盐基氮(TVB-N)含量等指标判断鱼肉腐败进程;对新鲜(冷藏0 d)、次新鲜(冷藏4 d)和腐败(冷藏8 d)样品进行细菌16S V3-V4区域高通量测序,通过物种组成、Alpha和Beta多样性分析、物种韦恩图分析其菌群的结构、多样性和差异;通过传统培养法分离腐败样品菌株,酪蛋白琼脂筛选蛋白分解菌,对筛选出的菌进行革兰氏染色和16S rDNA测序鉴定。【结果】冷藏石斑鱼质量指数法的感官拒绝点为12 d,菌落总数(TVC)超标临界期为4 d,TVB-N超标临界期约为10 d;随冷藏时间延长,鱼肉表面菌群多样性下降,新鲜鱼肉、冷藏4 d、冷藏8 d鱼肉菌群结构在属水平上具有明显差异;新鲜鱼肉中菌群主要是不动杆菌属(Acinetobacter)、嗜冷杆菌属(Psychrobacter)、金黄杆菌属(Chryseobacterium),相对丰度分别为20.44%、15.93%、9.24%;冷藏4 d和8 d鱼肉菌群主要物种是希瓦氏菌属(Shewanella)、气单胞菌属(Aeromonas)、嗜冷菌属(Psychrobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter),其相对丰度分别为32.27%、34.89%,30.28%、16.02%,12.90%、16.65%以及13.99%、5.67%;冷藏8 d时鱼肉中具有良好蛋白分解能力的菌株为气单胞菌属和希瓦氏菌属,其组成比例接近高通量测序结果。【结论】气单胞菌属和希瓦氏菌属是珍珠龙胆石斑鱼冷藏腐败过程的优势菌并具有较强的蛋白降解能力,本研究可为后续探究冷藏石斑鱼优势腐败菌的致腐能力和开发靶向抑菌保鲜技术提供基础。

牛羊粪中纤维素降解菌的筛选鉴定及产酶条件优化

该研究采用刚果红染色法和滤纸条崩解法从青海天然牧场的牛羊粪中分离筛选纤维素降解菌,通过形态学观察及分子生物学技术对筛选菌株进行鉴定。以羧甲基纤维素(CMC)酶活性为筛选指标,采用单因素试验及响应面试验对其产酶条件进行优化,并评价其对不同秸秆的降解效果。结果表明,筛选获得一株具有较高产纤维素酶活性的菌株BC-4,其被鉴定为索诺拉沙漠芽孢杆菌(Bacillus sonorensis)。单因素及响应面试验结果表明,该菌株最优产酶条件为发酵初始pH8,接种量2%,发酵温度35℃。在此优化条件下,菌株BC-4产羧甲基纤维素酶活性为93.7 U/mL。该菌株对不同秸秆均具有较好的降解效果,其中对菊芋秸秆降解率最高为26.3%。