耐低温纤维素降解复合菌系的筛选

北方高寒地区温度低、气候干燥等环境条件会使秸秆、牛羊粪等纤维素类物质的原位还田和当季降解缓慢,造成下一年耕作困难、播种质量低.为提高北方高寒地区纤维素类物质的降解效率,通过室内培养试验,选择高寒草原地区矿区土壤与具有较好纤维素降解能力的菌剂作为菌源,以玉米秸秆中的纤维素类物质为降解对象,采用富集培养和温度梯度驯化方法筛选出耐低温(15℃)高效降解纤维素的复合菌系,明确其纤维素类物质降解特性及菌系组成多样性.结果表明:复合菌系SL15(以矿区土壤为菌源)、MM15(以纤维素降解菌剂为菌源)和MS15(以矿区土壤添加纤维素降解菌剂为菌源)在15℃下培养15 d纤维素类物质降解率分别为22.33%、26.33%和29.23%.其中复合菌系MS15对纤维素类物质的降解能力最强,滤纸酶和内切酶活性最高分别可达4.6925和2.2267 U/mL.由高通量测序可知,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、子囊菌门(Ascomycetes)和担子菌门(Basidiomycetes)为各复合菌系的优势菌门,鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)和布鲁氏菌属(Brucella)等共同促进纤维素类物质的降解,鞘氨醇杆菌属和担子菌门中的菌属作为复合菌系MS15中的优势菌群,显著增强了纤维素降解酶活性及纤维素类物质降解率.研究显示,筛选过程在富集了耐低温纤维素降解菌的同时淘汰了无关菌属,将外源纤维素降解菌剂加入土著微生物群落增强了微生物活性,显著提高了纤维素类物质的降解率,可为进一步开发纤维素降解复合菌系、促进低温条件下玉米秸秆等纤维素类物质原位还田提供技术支撑.

低温纤维素降解复合菌系的选育及性能分析

以腐木和堆肥样品为材料,通过限制性继代培养和混合培养,筛选出一组高效稳定的低温纤维素降解复合菌系Y。对复合菌系Y不同生长阶段pH、酶活、失重率及产物之间的相互关系进行了研究。结果表明,0～6 d为复合菌系Y的对数生长期,4 d内滤纸条完全崩解,在20℃下静置培养10 d,水稻秸秆的降解率达到59%,酶活为103.5 U/mL,主要代谢产物为乙酸,并有少量的丁酸和丙酸,含量分别为1.70、0.21、0.12 g/L,其中乙酸占总挥发酸含量的85%。复合菌系Y适用于以秸秆为原料的低温产沼气发酵。

添加低温复合菌和纤维素降解复合菌对牛粪堆肥发酵的影响

【目的】探明添加低温复合菌和纤维素降解复合菌对低温环境条件下牛粪堆肥发酵的影响,为低温环境牛粪堆肥发酵生产提供依据。【方法】在低温环境条件下进行牛粪堆肥发酵试验,设试验组(试验开始当天将1%低温复合菌喷洒在堆体中搅拌均匀,堆体温度达20℃时再用1%纤维素降解复合菌喷洒在堆体中搅拌均匀)和对照组(自然发酵),测定不同时期堆肥样品的温度、含水率、pH、有机碳(TOC)含量、全氮(TN)含量和碳氮比(C/N)等理化性质指标。【结果】添加低温复合菌和纤维素降解复合菌能有效促进牛粪堆肥中有机物的降解,降低含水率和C/N,增加TN含量。其中,试验组在堆肥12 d进入高温期,高温期维持10 d,对照组未进入高温期;试验组含水率下降52.09%,对照组下降32.27%;试验组pH变化幅度较大,最终pH为7.61,对照组(7.42)无明显变化;试验结束时,试验组TOC、TN含量和C/N分别为28.5%、1.98%和14.61,对照组分别为38.5%、1.69%和22.78。【结论】牛粪中添加低温复合菌与纤维素降解复合菌可在0℃以下快速启动升温,维持高温期时间较长,能加快堆肥腐熟进程,达《畜禽粪便无害化处理技术规范》(NY/T 1168—2006)要求。

低温地区纤维素降解菌的筛选鉴定与纤维素酶活力测定

【目的】筛选低温地区纤维素降解菌,为畜禽粪便无害化处理提供理论依据。【方法】通过适温性测定与刚果红染色法,对吉林低温地区冻土和牛粪中初步分离并筛选低温、纤维素降解菌;通过16S rDNA测序对菌株进行分子生物学鉴定;通过葡萄糖标准曲线的绘制测定纤维素酶的活性。【结果】在牛粪与冻土中通过适温性测定筛选出3株低温菌株(D-3、D-7和D-16),通过刚果红染色法与酶活性测定筛选出5株纤维素酶活性较高的菌株(X-1、X-5、X-9、X-11和X-18),均属于细菌,经过16S rDNA测序鉴定,将测序结果利用BLAST软件进行同源性比对,并建立基因系统发育树得知,3株低温细菌分别为弗雷德里克斯堡假单胞菌、醋酸钙不动杆菌和产黄假单胞菌,5株纤维素降解菌株分别为蜡样芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和沙福芽孢杆菌。【结论】吉林低温地区可培养纤维素降解菌的类群组成及纤维素降解能力。筛选出的5株活性较高的纤维素降解菌株(X-1、X-5、X-9、X-11和X-18)可作为有效降解纤维素的潜力菌株应用于粪污堆肥发酵剂的研制。

秸秆纤维素降解菌的分离筛选、复合菌系构建及产酶条件优化

该研究采用刚果红染色法和滤纸条崩解法从山西老陈醋源中分离筛选纤维素降解菌,通过形态观察及分子生物学技术对其进行菌种鉴定。以滤纸酶活性为筛选指标构建复合菌系,采用单因素试验及响应面试验对其产酶发酵条件进行优化,并评价其对不同秸秆的降解效果。结果表明,筛选出3株纤维素降解菌,编号为J1、J2和J3,分别被鉴定为灿烂类芽胞杆菌(Paenibacillus lautus)、千叶类芽胞杆菌(Paenibacillus chibensis)和窖泥类芽胞杆菌(Paenibacillus vini)。3株菌等比例复配得到最佳复合菌系D,其最优产酶发酵条件为初始pH 7.4,接种量9%,发酵温度40℃。在此优化条件下,滤纸酶活性达到35.10 U/mL,是优化前的1.6倍。复合菌系D对不同秸秆均具有较好的降解效果,且对小麦秸秆的降解率最高,达27.63%。

秸秆降解复合菌系的鉴定及其菌剂应用效果

[目的]防止秸秆资源浪费,解决秸秆降解问题,探究微生物降解条件下秸秆降解效率。[方法]通过富集驯化培养,从腐熟好的秸秆堆肥中筛选具有降解能力的菌株,构建出具有降解能力的复合菌系ZM-10,对其进行16S rDNA测序,确定系统发育地位。以液体摇瓶发酵产滤纸酶活性(FPA)变化为评价依据,设置单因素试验优化复合菌系ZM-10的产纤维素酶条件及固态菌剂发酵条件,制备出降解效率最佳的发酵菌剂,用于小白菜盆栽试验。[结果]组成复合菌系ZM-10的菌株分别为枸橼酸杆菌(Citrobacter cronae)、芽孢杆菌属(Bacillus velezensis)、台湾假单胞菌(Pseudomonas taiwanensis)、臭苣苔属菌(Myroides odoratus)、克雷伯氏菌属(Klebsiella sp.)。复合菌系ZM-10固态最佳发酵条件包括:培养基配方为玉米秸秆粉4.00 g、麦麸2.67 g、花生片粉2.67 g、豆粕2.67 g,最佳外加碳源为0.3%乳糖,最佳外加氮源为0.3%蛋白胨,最适培养条件为接种量24%、干燥温度60℃、发酵时间6 d,固态菌剂最适载体为生物炭,最佳负载量m(生物炭)∶m(复合菌液)为1∶1.375。盆栽试验表明,施用复合菌剂的处理下小白菜的株高、叶面积、根冠比、Vc含量、可溶性固形物含量等指标均高于对照。[结论]本试验成功构建了高效降解秸秆的复合菌系ZM-10及菌剂,并验证了菌剂对小白菜生长发育的积极影响,为解决秸秆资源浪费和作物生产效率提供了新思路。

聚乙烯高效降解复合菌系的构建及其降解特性研究

【目的】聚乙烯塑料的稳定性及与日俱增的使用量为生态环境带来严重“白色污染”,其风化形成的微塑料为生物健康安全带来严重威胁的难题亟待解决。【方法】通过选择与纯培养技术分离大蜡螟幼虫消化道内潜在的聚乙烯微生物降解资源,通过菌株比例复配构建高效降解复合菌系,通过质控回收评估其降解能力,使用光镜与扫描电镜验证其降解性能,通过红外光谱、凝胶渗透色谱、气质联用与液质联用等技术手段探究聚乙烯的微生物降解特性。【结果】共分离出13株可降解聚乙烯微生物;首次发现Debaryomyces hansenii具有高效降解聚乙烯的能力;构建出一组由真菌与细菌组成的聚乙烯高效降解复合菌系,相较于单菌复合菌系的降解性能提升了3.3倍,其降解效率高达0.9367 mg/d远高于现有研究水平;光镜与扫描电镜发现聚乙烯薄膜降解后表面存在生物膜附着痕迹与明显孔洞;红外光谱显示降解液中存在多个新官能团,凝胶渗透色谱结果显示降解后聚乙烯微塑料分子量降低;气质与液质联用结果表明降解液中出现了酰胺类、氨基酸类、烯烃类、醇类、酮醛类等生物活性成分,以及大分子烷烃类物质等。【结论】研究挖掘了聚乙烯的微生物降解资源,构建出了高效降解复合菌系,探究了微生物的降解特性,为聚乙烯的微生物降解提供了数据支撑与可行方案。

小站稻秸秆降解复合菌系的筛选与产酶条件优化

为寻找一种能够科学高效地将小站稻秸秆用于秸秆还田的方法,并将其作为一种储备技术,本研究通过测定已有6组秸秆降解复合菌系的羧甲基纤维素酶活力和滤纸酶活力,筛选出2组复合菌系,并通过正交试验进行产酶条件的优化,以探索解决小站稻秸秆清洁生产技术的应用问题,保障小站稻的未来绿色可持续发展,为小站稻秸秆高效处理的研究提供理论基础和技术支持。本研究结果表明:复合菌系B和复合菌系F的综合酶活力均高于其他复合菌系;复合菌系B羧甲基纤维素酶最佳发酵条件为25℃,pH 8.0,接种量2%,温度为酶活力主要影响因素;复合菌系B滤纸酶最佳发酵条件为20℃,pH 9.0,接种量2%,pH为酶活力主要影响因素;复合菌系F羧甲基纤维素酶最佳发酵条件为25℃,pH 8.0,接种量2%,温度为酶活力主要影响因素;复合菌系F滤纸酶最佳发酵条件为20℃,pH9.0,接种量2%,接种量为酶活力主要影响因素。

耐低温降解纤维素菌株的筛选及复合菌系构建

[目的]筛选适合我国北方冬春季秸秆降解的高效低温纤维素降解菌株。[方法]在低温地区采集土壤,10℃初筛耐低温菌株,通过刚果红染色液法进行复筛,利用DNS法测定CMC酶活性。将筛得菌株和实验室自存菌株结合拮抗试验构建复合菌系,测定复合菌系CMC酶活性,测定秸秆降解率,并对代表性菌株进行产酶条件优化,对最终确定的复合菌系中的菌株进行分子生物学鉴定。[结果]10℃低温培养初筛得到55株耐低温菌株,刚果红染色法复筛得到8株具有明显水解圈的单菌株,其中包括细菌3株、真菌2株、放线菌3株,其中纤维素酶活性最高达到47.0 U/mL;根据拮抗试验构建了2个复合菌系,其纤维素酶活性分别达到31.0和53.0 U/mL;秸秆降解试验中,实验室和沙袋法的复合菌系2对秸秆的降解率分别达31.8%和45.1%,显著高于复合菌系1和对照组;对JGDZTX3进行产酶条件优化,确定最佳氮源为牛肉膏,培养温度为10℃,培养时间为4 d,初始pH为7,在此条件下CMC酶活性达到66.5 U/mL,这4个条件对产酶均有显著影响(P<0.05);对复合菌系2的4个未知菌株进行鉴定,鉴定结果分别为白蚁菌、葡萄球菌、长柄木霉、芬莱氏链霉菌。[结论]通过该试验筛选得到的耐低温可降解纤维素复合菌系有较强的纤维素分解能力,在北方低温地区有良好的应用前景。

外源复合菌系对堆肥纤维素和金霉素降解效果的研究

采用野外堆肥装置,通过在以鸡粪和秸秆为原料的高温堆肥中加入经过驯化构建的具有降解纤维素和金霉素双重功能的复合菌系,研究了接菌处理对提高堆肥效率和降解抗生素类兽药污染物的效果。结果表明,该复合菌系对纤维素降解有明显的促进作用,接菌处理堆肥中的纤维素含量到堆肥结束时从开始的22.00%减少到8.25%,减少了62.5%,而CK和CK+金霉素两个未接菌处理分别减少了54.28%和53.78%。同时,高温堆肥过程本身对金霉素就具有一定的降解作用,CK和CK+金霉素两个未接菌处理对金霉素的降解效果差异不大,降解率在60%左右;接种复合菌系处理的金霉素降解率达82.23%,显著高于CK和CK+金霉素两个未接菌的对照处理。

基于三种碳源筛选低温纤维素降解菌及其复合系的降解能力分析

分别以微晶纤维素、羧甲基纤维素(Carboxymethylcellulose,CMC)和D-水杨苷三种不同碳源在4℃下对呼伦贝尔森林土壤中的低温纤维素降解细菌进行筛选,将酶活性高的菌株分别混合构建低温降解复合系并测定其滤纸降解能力。结果共分离到172株低温纤维素降解细菌,以微晶纤维素、CMC为碳源分离到的细菌均分属于4个纲,以D-水杨苷为碳源分离到的细菌分属于6个纲,第一优势菌纲均为γ-Proteobacteria,比例分别为54%、48%和55%,其次为α-Proteobacteria,比例分别为28%、26%和34%;第一优势菌属均为Pseudomonas,比例分别为35%、26%和26%,以微晶纤维素为碳源分离到的细菌第二优势菌属为Rhizobium,比例为15%,以CMC为碳源筛到的细菌第二优势菌属为Rhizobium和Oerskovia,比例为12%,以D-水杨苷为碳源分离到的细菌第二优势菌属为Lelliottia比例为19%。构建的27个低温降解复合系中滤纸酶活性最高的降解复合系为组合D13'1"和D13'2",酶活性可达158.02U/mL,是其复合系中单菌株的5-10倍,为低温降解复合系最优菌群组合,具有较高的应用潜力。

堆肥中高效降解纤维素及金霉素和土霉素的复合菌系的构建

为构建有效降解纤维素和抗生素类兽药(金霉素和土霉素)复合功能的微生物菌系,以4种高温期堆肥样品为菌种来源,经多代优化组合,最终筛选驯化出能有效降解纤维素及金霉素和土霉素的一组复合微生物菌系,该菌系对pH的适应性较强。通过对复合菌系在传代(20、25代和30代)过程中的稳定性研究,3代发酵液的pH变化几乎没有差异:在接种后24 h内,发酵液pH由开始时的8.5迅速下降到7.0以下;接种后48 h内,pH稳定在7.0左右;在接种后72 h,pH恢复到8.0左右,即均呈现先降后升的趋势;3代复合菌系在第3 d的滤纸分解率均超过90%;在发酵结束时,金霉素和土霉素降解率均超过50%,且3代之间差异极小。复合菌系在分解纤维素及金霉素和土霉素方面具备稳定能力。

堆肥中高效降解纤维素林丹复合菌系的构建及功能

以4种高温期的堆肥样品为材料,经2种筛选方法、多代淘汰及其不同系之间优化组合,最后筛选驯化出一组能有效降解纤维素和林丹的复合微生物菌系.该复合系对滤纸、脱脂棉、稻秸粉和锯末等不同纤维素材料均有较强分解能力,相比之下对天然纤维素含量高的碳源(如滤纸、脱脂棉)分解活性更高.两者的CMC糖化活性在第5d都达到40U以上,分解率达到95%以上.该复合菌系能在较大的pH范围内保持高的纤维素林丹分解活性,在pH为7.0、8.0、9.0条件下林丹降解率均较高,达到45%以上,而纤维素分解率也都在90%以上.而且在pH6～9之间的培养条件下,林丹降解与滤纸分解之间有很好的一致性.

高温堆肥中复合菌系对木质纤维素和林丹降解效果的研究

通过在堆肥中加入经过驯化构建的降解纤维素和林丹的复合菌系,探讨了接菌处理对提高堆肥效率和有效去除有机污染物的可能性。结果表明,该复合菌系对纤维素、半纤维素和林丹的降解都有较为明显的促进作用,而木质素含量在整个堆肥过程中几乎不降解,复合菌系的接种也未对其产生明显影响。同时使可溶性糖和淀粉在堆肥初期的分解加速,使堆肥在60℃以上高温持续时间延长,从而有利于有机碳的分解,有效缩短了堆肥腐熟时间。

高效木质纤维素分解复合菌系降解稻草特性的研究

以1%稻草为惟一碳源,利用间歇实验,在50℃的静置培养条件下,对特异驯化获得的一组高效木质纤维素复合菌系的生长及降解特性进行了深入的探讨。实验结果表明,复合菌系的优势菌是杆菌,其生长曲线显示典型的3阶段,即0~108 h的对数生长期、108~144 h的稳定期、144~216 h的衰亡期。当发酵结束时,稻草的降解效率达到75%,90%以上的产物是乙酸,其次是少量的乙醇、丁酸和丙酸,这种发酵类型为下游两相厌氧消化的产甲烷相的稳定、高效运行提供重要物质基础。

常温和低温纤维素降解菌的筛选及其酶活特性

[目的]筛选适宜在我国北方地区应用的常温和低温纤维素高效降解菌株。[方法]利用羧甲基纤维素钠培养基,从内蒙古地区采集的腐殖土、稻草、羊粪、驴粪样本中分离并初步筛选能够降解纤维素的细菌及真菌;分别采用16S rDNA和ITS基因序列分析技术确定细菌和真菌菌株的种属;通过纤维素刚果红水解圈试验、滤纸条降解试验对菌株进行进一步筛选。采用3,5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)比色法测定菌株的纤维素酶活性。[结果]共分离获得44株纤维素降解菌,包括43株细菌和1株真菌,其中,27株为30℃条件下分离得到的常温纤维素降解菌,17株为18℃条件下分离得到的低温纤维素降解菌。在属水平上,芽孢杆菌属(Bacillus)为常温纤维素降解菌中第1优势菌属,假单胞杆菌属(Pseudomonas)为第2优势菌属;假单胞杆菌属为低温纤维素降解菌中第1优势菌属,不动杆菌属(Acinetobacter)和芽孢杆菌属为第2优势菌属。经纤维素刚果红水解圈试验、滤纸条降解试验进一步筛选出纤维素降解效果更好的35株菌,在此基础上通过DNS比色法筛选出3株羧甲基纤维素酶(carboxymethyl cellulose,CMCase)活性较高的菌株,分别为T-8-2(芽孢杆菌属)、LF-7(芽孢杆菌属)、LF-5(曲霉属),其CMCase活性分别为(169.24±2.18)、(136.79±2.05)、(116.01±0.52)U/mL,该3株菌的β-Gase、FPA、C_(1)活性也较高。[结论]研究揭示了内蒙古地区可培养纤维素降解菌的类群组成及纤维素降解能力。筛选出的3株CMCase、β-Gase、FPA、C_(1)活性较高的常温纤维素降解菌株可以作为有效降解纤维素的潜力菌株应用于粪污堆肥发酵剂的研制。

厌氧纤维素降解产氢复合菌系L-3研究

从厌氧发酵污泥中筛选到一组高效、传代稳定的厌氧纤维素降解复合菌系L-3.该复合菌系的内切葡聚糖酶活(Cx)、滤纸酶活(FPA)、外切葡聚糖酶活(C1)、β-葡聚糖苷酶活(β-glucodase)分别为0.216、0.101、0.132、0.002U/mL;该复合菌系可使滤纸在42h内溃烂,并能在降解纤维素的同时产生氢气,气体中氢气含量最高可达70.2%,d13时滤纸失重率为70.6%.DGGE结果表明,该复合菌系主要由14种菌组成.在所选实验条件内,该复合菌系产纤维素降解酶的最适条件为:最佳碳源为滤纸,最佳氮源为硫酸铵,温度36℃,pH6.5～7.0,接种量5%.

不同培养条件对堆肥中降解纤维素林丹复合菌系分解能力的影响

该论文作者对一组高效降解纤维素林丹的复合微生物菌系在不同培养条件下的降解能力进行了研究,结果表明,该复合菌系对滤纸、脱脂棉、稻秸粉和锯末等不同纤维素材料均有较强的降解能力,但相比之下对天然纤维素含量高的碳源(如滤纸、脱脂棉)降解效果更好。最佳的碳源浓度为0.5%和1%。有机复合氮源对降解效果的影响明显优于无机氮源,氮源浓度以0.25%和0.5%为宜。它能在较大的pH值范围内均保持高的纤维素降解活性,但在中性及偏碱环境中活性最强。在纤维素降解最佳的pH值7～9范围内,也同样有利于林丹的降解,而在纤维素降解较少的pH值为10的条件下,林丹的降解率仍高达49.6%。培养复合菌系的溶解氧范围以0.07～0.13 mg/L为宜,最适生长和降解纤维素林丹的温度为50～60℃。

氧浓度对复合菌系MC1纤维素降解能力的影响

堆肥系统内氧浓度一直是影响堆肥进程的重要因子,它决定了堆肥系统中微生物活动的强弱,从而影响堆肥中复杂有机物的分解速率。该文研究了氧浓度对纤维素降解复合菌系MC1功能的影响。通过不同封口方式与不同大小容器培养实验,揭示静置培养条件下复合菌系MC1在纤维素降解过程中,氧浓度对该复合菌系分解纤维素能力的影响。得出复合菌系MC1在微耗氧条件下(<0.05 mg/L)分解纤维素,分解纤维素最佳的氧浓度范围在0.01～0.02 mg/L,氧浓度过高或过低均不利于纤维素的分解。特定氧浓度有利于复合菌系MC1执行分解功能。

低温兼性厌氧纤维素降解菌系的选育

经过25代限制性继代培养,选育出一组稳定的低温兼性厌氧纤维素降解菌系(X1),其优势菌群为短杆菌。X1最适生长温度为20℃,适宜生长溶氧量(DO)范围为0.04～0.09 mg.L-1,在含0.2%稻秸的改良PCS培养液中静置培养7 d,Cx酶(内切葡聚糖酶)、C1酶(外切葡聚糖酶)、β-葡聚糖苷酶活分别为18.7、54.3、17.8 U.mL-1;稻秸、玉米秸、滤纸降解率分别为55.3%、64.6%、94.3%;稻秸降解液主要产物为乙酸、丙酸、丁酸,其含量分别为0.656、0.168、0.128 g.L-1。