玉米秸秆降解

玉米秸秆降解（共7篇）

玉米秸秆降解 篇1

秸秆具有可再生、成本低、来源广、用途多等优点,而成为了最具潜力的生物质能源物质。但是,在秸秆处理问题上一直未得到有效解决。焚烧、化学处理会污染环境,物理处理能耗成本高且不适于大规模应用[1]。通过微生物处理促进秸秆还田率不仅可以改变土壤的微生物群落结构,增加多数水解酶的活性,还可以提高土壤有机碳含量[2]。近年来,已有不少学者对产纤维素酶复合菌株的秸秆降解进行了研究[3,4]。由于玉米秸秆成分中约80%为纤维素、半纤维素、木质素[5],且难以降解的木质素将纤维素及木质素包裹在内。若想对纤维素及半纤维素的高效降解,首先要除去木质素这一屏障[6],由纤维素和木质素降解菌组成的复合菌系降解秸秆可以解决这些问题。本研究将对解决秸秆还田,提高土壤肥力和作物产量具有一定的科学意义和现实意义;同时,还可以解决环境污染,具有一定社会和生态效益。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品

供试菌株为黑龙江大学生物制药实验室保藏的纤维素降解菌蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)HDZK-DLCB4、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)HDZK-DLCB9、出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)HDZK-BYTF620、木质素降解菌少孢根霉(Rhizopus microsporus)HDZK-DLCF1和苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)HDZK-DLCB5。

玉米秸秆购自海润苜蓿秸草发展有限公司。

1.1.2培养基

秸秆降解培养基:(NH4)2SO420.0g、尿素3.0g、蛋白胨3.0g、CaCl20.1g、MgSO4·7H2O 5.0g、NaCl 0.1g、FeSO4·7H2O0.05g、MnSO4·7H2O 0.016g、ZnSO4·7H2O14.0g、CoCl20.02g、蒸馏水1 000mL。

Mandels营养液:(NH4)2SO41.4g、KH2PO42g、尿素0.3g、MgSO4·7H2O 0.3g、CaCl20.3g、FeSO4·7H2O 7.5mg、MnSO4·H2O 2.5g、ZnSO42mg、CoCl23mg、蒸馏水1 000mL。

1.2 方法

1.2.1 不同组合纤维素降解菌株对玉米秸秆的降解效果

将纤维素降解菌株进行单一培养和复合培养,测定玉米秸秆失重率和纤维素降解率。

玉米秸秆失重率测定:将4mL菌液(细胞数或孢子数为108个·mL-1)接种到玉米秸秆发酵培养基中,常温降解14d后用蒸馏水冲洗,105℃烘干后称重。失重法计算秸秆失重率。复合菌株接种前将菌液等体积混合后稀释至细胞数或孢子数为108个·mL-1。

木质纤维素含量测定参照Van Soest法[7]。木质纤维素降解率参照Tsang[8]方法。

1.2.2 不同组合木质素降解菌株对玉米秸秆的降解效果

将木质素降解菌株进行单一培养和复合培养,测定玉米秸秆失重率和木质素降解率。

1.2.3纤维素降解菌与木质素降解菌复合对玉米秸秆的降解效果

将纤维素降解能力强的菌株和木质素降解能力强的菌株复合,测定秸秆失重率、木质纤维素降解率,筛选出高效降解秸秆的复合菌株。

2 结果与分析

2.1 不同组合纤维素降解菌株对玉米秸秆的降解效果

从图1看到,由HDZK-BYTF620、HDZK-DLCB4和HDZK-DLCB9组成的复合菌系,玉米秸秆失重率比两两组合的玉米秸秆失重率有所提高,玉米秸秆失重率为21%,纤维素降解率为53.09%,半纤维素降解率为50.97%。

2.2 不同组合木质素降解菌株对玉米秸秆的降解效果

从图2看到,由HDZK-DLCB5和HDZK-DLCF1组成的木质素降解菌系的玉米秸秆失重率(16.5%)高于单一菌株的玉米秸秆失重率。木质素降解率(38.21%)高于单一菌株的木质素降解率。

2.3 纤维素降解菌与木质素降解菌复合对玉米秸秆的降解效果

将高效降解纤维素复合菌系(HDZK-BYTB620、HDZK-DLCB4、HDZK-DLCB9)与高效降解木质素复合菌系(HDZK-DLCB5、HDZK-DLCF1)复合后,玉米秸秆失重率为29.83%、纤维素降解率为56.14%、半纤维素降解率为47.98%、木质素降解率为42.18%。

3 结论与讨论

近几年研究人员已从单菌株秸秆降解转向复合菌系的秸秆降解试验[9]。利用微生物之间的协同作用来研究复合菌株功能备受人们的重视[10]。

细菌生长迅速、可快速降解,真菌生长慢,需一段时间后才有明显降解效果。此外,真菌菌丝体可以穿透秸秆表层结构,增大与秸秆的接触面积[11]。因此,本试验筛选由细菌和真菌构成木质纤维素降解菌系(枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、出芽短梗霉、少孢根霉、苏云金芽孢杆菌)可快速长时间作用于秸秆。14d后玉米秸秆失重率为29.83%、纤维素降解率为56.14%、半纤维素降解率为47.98%、木质素降解率为42.18%。降解效果比纤维素降解菌和木质素降解菌系略高。说明该复合菌系无拮抗作用,酶系构成较合理。

本试验下一步将对获得的复合菌系发酵培养条件进行优化,确定复合菌系干粉制造工艺,并通过放大试验验证该微生物秸秆降解菌剂对玉米秸秆的降解能力。本研究将对解决秸秆还田,提高土壤肥力,提高作物产量具有重要的现实意义和经济意义,同时本研究也可解决环境污染,具有一定的社会和生态效益。

摘要：为了促进玉米秸秆快速腐解还田,使秸秆资源能够在田间得到高效利用,减少环境污染,对实验室保藏的纤维素降解菌和木质素降解菌进行组合,以筛选高效降解玉米秸秆的微生物菌系,并通过玉米秸秆失重率、木质纤维素降解率评价该微生物菌系对玉米秸秆的降解效果。结果表明:由蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)、少孢根霉(Rhizopus microsporus)、苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiers)组成的复合菌系对玉米秸秆的降解效果最好,秸秆失重率为29.83%,纤维素降解率为56.14%、半纤维素降解率为47.98%、木质素降解率为42.18%。高效降解玉米秸秆复合菌系的筛选对解决秸秆还田,提高土壤肥力和作物产量具有重要的现实意义和经济意义,同时,也可解决环境污染,具有一定的社会和生态效益。

关键词：玉米秸秆降解,复合菌系,秸秆失重率,木质纤维素

参考文献

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玉米秸秆降解 篇2

由于普通微生物降解纤维素的活性较低,纤维素的降解是玉米秸秆生物转化的限制性步骤。反刍动物的瘤胃是自然界中降解木质纤维素效率最高的反应器,瘤胃微生物具有降解纤维素、半纤维素和多糖的混合酶系,在瘤胃内的生活环境相对比较稳定,能够发挥极高的降解转化效率,但在体外环境条件下的降解转化情况需要进一步研究[5,6]。该试验采用瘤胃微生物作为微生物源,设计间歇发酵试验,研究玉米秸秆在体外应用瘤胃微生物的降解情况。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 玉米秸秆。

玉米秸秆取自合肥市郊区,玉米收获后收集遗留的秸秆,在太阳下晾晒5 d,然后用粉碎机粉碎至40目,储存于塑料袋中备用。

1.1.2 微生物和缓冲液。

瘤胃微生物取自肉牛屠宰厂新鲜的瘤胃液。由于玉米秸秆中含有微量的营养成分,试验中不再添加微量元素和维生素。缓冲液的组成为:Na HCO35.0 g/L;KH2PO41.2 g/L;K2HPO42.4 g/L;Ca Cl2·2H2O,0.1 g/L;Mg Cl20.03g/L。为了维持秸秆酸化过程中反应液中的p H值不下降到6.0以下,随秸秆一起加入过量的Ca CO3作为固体缓冲剂,避免溶液p H值下降到6.0以下后对瘤胃微生物降解纤维素活性的抑制。

1.2 间歇试验

首先将30 mL瘤胃液和70 mL缓冲液在CO2保护下加入250 mL血清瓶中,然后分别加入0.6、1.0、1.4 g玉米秸秆(VS)和过量的Ca CO3,通入氮气15 min以赶走瓶内溶液和空气中的氧,最后用丁基橡胶塞盖好,并用铝盖密封。将接种后的瓶子放入空气浴摇床中分别在30、35、40℃条件下培养10 d,摇床的转速为140 r/min。在预先设定的时间间隔内取样进行气体、挥发性脂肪酸测定。在试验结束后分析残留固体中总固体(TS)、挥发性固体(VS)和中性洗涤纤维(NDF)的含量,计算玉米秸秆的降解和转化效率。

1.3 分析与测试

纤维素、半纤维素、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)、木质素的测定采用范氏纤维素测定法;TS和VS按照标准方法测定;挥发性有机酸(VFA)和气体成分用气相色谱测定;气体产量用排水法测定。

2 结果与分析

2.1 玉米秸秆的组成成分

玉米秸秆的组成成分如表1所示,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,其中纤维素的含量达28.4%,半纤维素含量25.3%,木质素含量17.1%,灰分含量5.7%。表明玉米秸秆是纤维素和木质素含量较高的农作物秸秆。

(%)

2.2 玉米秸秆的降解转化效率

表2为不同底物浓度和温度条件下的玉米秸秆的降解转化效率。试验表明随着发酵时间的增加,底物的降解转化效率受温度的影响降低。发酵持续240 h后,当底物添加浓度为6.0 g/L时,在30、35、40℃下VS的降解效率分别为66.2%、68.4%、70.3%,平均降解效率达到68.3%。相应的NDF降解率则略低于VS,分别为61.5%、61.9%和63.6%。试验中还发现瘤胃微生物降解秸秆过程中,木质素也被部分降解或溶解,比例达到25%左右。

当底物添加浓度增加到14.0 g/L时,VS平均降解效率则从68.3%下降到52.4%,可能是由于高浓度底物产生高浓度的VFA导致的产物抑制效应。

2.3 挥发性脂肪酸的生成

有机物的厌氧消化一般分为2个阶段,第1阶段为有机物的水解和酸化,这一阶段主要产物为挥发性有机酸,第2阶段为产甲烷阶段。瘤胃微生物降解秸秆的液相产物主要为乙酸、丙酸和丁酸,产物浓度比为63∶27∶10。另外还有少量的异丁酸、戊酸和异戊酸。总挥发性脂肪酸浓度随底物浓度的增加而增加,随温度的增加则有轻微的下降(图1),每克消耗的VS产挥发性脂肪酸0.38~0.51 g。接种瘤胃微生物后,随着发酵时间的增加和挥发性脂肪酸的生成,溶液中p H值不断下降。由于使用了较强的缓冲液以及碳酸钙,反应结束时溶液的p H值依然保持在6.0以上。

注:a、b、c分别代表底物浓度为14.0、10.0、6.0 g/L。

2.4 甲烷和二氧化碳的生成

玉米秸秆经瘤胃微生物降解后的主要产物为挥发性脂肪酸,此外还有少量的甲烷和二氧化碳产生。在底物浓度为6.0 g/L时,甲烷的产率随温度的增加而增加,但是在底物浓度为10.0、14.0 g/L时,甲烷产率保持相对的稳定(图2a)。CO2产率也随着底物浓度的增加而增加,在10.0~14.0 g/L之间的增加幅度远小于6.0~10.0 g/L之间的增幅(图2b)。这是由于在较高底物浓度时产生的挥发性脂肪酸浓度也较高,因而对甲烷生成产生抑制作用。

3 结论

利用瘤胃微生物体外厌氧降解转化玉米秸秆,当添加的底物浓度为6.0~14.0 g/L、温度为30~40℃时,挥发性固体的转化效率达61.5%~70.3%。玉米秸秆经瘤胃微生物降解后的主要产物为挥发性脂肪酸,此外还有少量甲烷的产生。总挥发性脂肪酸浓度随底物浓度的增加而增加,随温度的增加则有轻微的下降,每克降解的挥发性固体产挥发性脂肪酸0.38~0.51 g。

注:a为CH4产率,b为CO2产率。

摘要：利用瘤胃微生物体外厌氧降解转化秸秆,结果发现:玉米秸秆经瘤胃微生物降解后挥发性固体的转化效率达61.5%70.3%,总挥发性脂肪酸浓度随底物浓度的增加而增加,随温度的增加则有轻微的下降,每克降解的挥发性固体产挥发性脂肪酸0.380.51 g。

关键词：玉米秸秆,厌氧消化,瘤胃微生物,体外降解

参考文献

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秸秆产品降解性能研究 篇3

1 材料与方法

实验仪器:DHG-9140型恒温箱 (上海实验仪器厂有限公司) , TD2102电子天平 (精确度0.01g, 天津市天马仪器有限公司) , PHS-25B型数字酸度计 (上海大普仪器有限公司) , 分样筛 (1cm) , 广口瓶 (1L) 、移液管 (15mL) 、碱式滴定管 (天津玻璃仪器厂) 。

实验试剂:1.000mol·L-1氢氧化钠溶液, 0.100mol·L-1氯化钡溶液, 堆肥 (自制) 。

供试样品:秸秆餐具, 秸秆果盘, 秸秆花盆 (均自制) 。农家堆肥。

实验设置3重复, 空白对照。考察指标:CO2产生量变化, 试样质量变化, CO2产生率、CO2理论产量, 降解率, 与国标比较。

1.1 微生物降解实验

通过堆肥实验测定放出的CO2量来表示秸秆产品的降解变化趋势, 用一定量的碱液对封闭体系内秸秆产品降解放出的CO2进行吸收, 然后再用钡盐试剂进行滴定, 经计算即可得出此过程中CO2的产量, 计算出降解率[4]。

实验操作:去除堆肥和泥土中的石子、玻璃和金属碎片等, 过筛 (孔径1cm) , 堆肥和泥土以1:2混和, 充分曝气8h以上待用;分别称取30g土样3份进烘箱, 直至土样保持恒重, 计算失水率, 取平均值作为堆肥含水量;给土样加入一定比列水使其湿度为40%;加入缓冲溶液将土样的pH控制在7.4左右, 待用。

将秸秆餐具、秸秆果盘、秸秆花盆分别剪成25mm×25mm的小块, 称取5g左右的试样碎片, 待用。

分别称取试样碎片5g, 与土样500g混合, 搅拌均匀, 将样品放入广口瓶中, 并将表面搞平整。

分别吸取15mL配置1.0mol·L-1氢氧化钠的溶液放入25mL小烧杯中, 然后用镊子将小烧杯夹取放入广口瓶中;立即盖紧瓶塞, 将广口瓶移到温度为58℃的烘箱中。每隔6天, 将广口瓶中的碱液取出, 用新配置的0.1mol·L-1氯化钡溶液进行滴定, 直至不再出现白色乳状物。利用化学反应的计量关系:

即可计算出这6天里的CO2生成量。实验过程中定时观察堆肥容器内的水分变化情况, 及时补加水以此保证微生物生长;定期利用缓冲溶液调节堆肥的pH, 始终保持在7.4左右。

试样降解测定[5]:实验完成后, 把试样从广口瓶中拿出来, 清洗干净泥土, 60℃烘干一天, 称量烘干后的样品质量, 按照式 (1) 和式 (2) 计算降解率和CO2理论产量。

1.2 老化实验

将秸秆餐具、秸秆果盘、秸秆花盆分别称初重后放进老化箱中, 将温度设置成60℃, 六天后取出样品放在干燥器内冷却至室温后称取其质量, 然后再将试样放入老化箱中让其老化, 以后每隔六天, 进行相同的实验操作并记录实验数据, 直到试样的质量不再变化为止, 作样品重量变化的曲线图并计算出降解率。进而利用van′tHoff经验规律推算秸秆产品完全降解的年限。

2 结果与分析

2.1 秸秆餐具微生物降解实验结果

秸秆餐具微生物降解试验的CO2变化规律曲线如图1。

由图1看出, 微生物降解实验过程中, 生物降解速率是按先慢、后快、再平稳3个阶段进行的, 即迟滞期, 生物分解阶段, 平稳阶段。秸秆餐具样品从1~6天为迟滞期, 该过程CO2产量与空白相比基本接近。在第6~30天的生物分解阶段, 试样与空白相比CO2产量差值较大, 说明此过程秸秆产品开始进入快熟降解阶段。30天以后进入平稳阶段。试样质量的多少同相应的CO2产量基本成正比, 说明同一样品的累计CO2产生量平行性很好, 平均相对误差也较小, 这体现了秸秆产品降解性能的重现性较好。

秸秆餐具试样平均初重6.797g、降解后残留质量5.027g, 降解42d的CO2增值0.0294g, 降解率26.02%, CO2理论产量 (ThCO2) 为0.1129g, 在该实验条件下, 计算得出国家标准降解率为20.28%, 秸秆餐具试样降解率比标准高5.74%。

2.2 秸秆果盘微生物降解实验结果

秸秆果盘微生物降解试验中CO2变化规律曲线如图2。

秸秆果盘在降解过程中无迟滞期, 直接进入生物分解阶段。秸秆果盘的生物分解阶段时间较长, 将近25~30天左右。另外, 从图中可以看出, 秸秆果盘在生物分解阶段降解曲线接近于直线, 说明其降解速率比较恒定。

秸秆果盘试样初重6.42g、降解后残留质量4.23g, 经过42天的降解, 秸秆果盘的降解率可达到34.11%, CO2增值0.3787g, CO2理论产量 (ThCO2) 0.1994g, 经计算国家标准降解指标27.48%, 秸秆果盘的降解率高出国家标准6.63%。

2.3 秸秆花盆微生物降解实验结果

秸秆花盆微生物降解试验中产生的CO2变化规律曲线如图3。

从图3可以看出, 秸秆花盆的降解过程与秸秆果盘相似。没有迟滞期, 开始时曲线就明显高于空白, 直接进入生物分解阶段, 而且相对于秸秆餐具, 生物分解阶段的时间也比较短, 它只需15天左右的时间即可进入平稳阶段。CO2产量变化趋势也基本与样品质量成正比, 同样体现了秸秆产品降解性能的重现性比较好。

秸秆花盆的试样初重4.975g, 降解后残留质量2.945g, 经过42天的降解, 秸秆花盆的降解率可达到40.82%, CO2增值0.0680g, CO2理论产量 (ThCO2) 为0.1666g, 经计算得出国家指标降解率32.11%, 秸秆花盆的降解率高于国家指标8.17%。

通过以上分析, 秸秆餐具、光秸秆果盘和秸秆花盆降解率均符合国标要求, 降解速率为秸秆餐具相对较小, 秸秆花盆较大, 与各自制作条件相符, 秸秆餐具、果盘要求比较高, 产品中黏合剂含量相对较多, 压制温度、压力较高, 产品致密密性较好, 所以降解速率较慢。秸秆花盆产品中黏合剂含量相对较少, 所以降解速率较相对较快。

随着时间的推移, 堆肥会对CO2有一定的吸收, 导致酸度的变化也会引起降解速率的变化。原因是:在酸性增强后的条件下, 抑制某些菌类的生长或死亡, 生物代谢不正常, 因此, 在实验过程中用氢氧化钠溶液将体系pH值调整为弱碱性是必要的。实验中每星期要检测一次pH值, 保持pH变化的趋势不大。

2.4 老化实验结果

秸秆餐具在老化试验过程中质量的随时间变化统计见表1。

从表1中可以看出, 前6天花盆质量减少的最多, 第6至12天次之, 往后质量变化非常平缓, 到24天为止, 质量趋于不变。

秸秆餐具产品降解速率为 (132.17-118.27) /24=0.5929g/d, 根据van′tHoff经验规律, 温度每升高10K, 反应速率大约增加2倍。本实验在烘箱60℃下进行, 则在常温25℃下其降解速率为0.5929/23.5=0.05241g/d, 降解时间为24*23.5/10.77%=2521d, 约为6.91年则可完全降解。

秸秆果盘在老化试验过程中质量的随时间变化统计见表2。

从表2中可以看出, 前6天样品质量减少的最多, 第6至12天次之, 往后质量变化非常平缓, 到24基本恒定。

由表2中数据可以得出秸秆果盘在60℃条件下降解速率为0.2558g/d, 根据van′tHoff经验规律, 温度每升高10K, 反应速率大约增加2倍。本实验在烘箱60℃下进行, 换算在25℃下其降解速率为0.02261g/d, 降解时间为2326d, 约为6.38年可完全降解。

2.5 秸秆花盆老化实验结果

秸秆花盆在老化试验过程中质量随时间变化结果如表3。

从表3中可以看出, 前6天花盆质量减少的最多, 第6至12天次之, 往后质量变化非常平缓, 到24天为止, 质量趋于不变。

产品降解速率为0.6408g/d, 根据van′tHoff经验规律, 温度每升高10K, 反应速率大约增加2倍。本实验在烘箱60℃下进行, 则在常温25℃下其降解速率为0.05664g/d, 降解时间为2346d, 约为6.42年则可完全降解。

3 结论

微生物降解试验表明:秸秆餐具、果盘、花盆均有比较好的生物降解性能, 降解率与产品所含胶的质量多少和致密性有关, 产品的中胶的含量较高、致密性大降解率相对较慢, 反之较快。

老化试验表明:秸秆产品降解时间为6~7年, 降解产物为CO2和水, 不污染环境。对于资源循环利用和环境保护有重要意义。

参考文献

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玉米秸秆降解 篇4

应用秸秆生物降解技术效果显著, 具有“四个三”特点。

一、三提高

1. 提高地温

秸秆分解时产生热量, 在严寒冬季大棚内20厘米耕作层地温提高4~6℃, 棚温提高2~3℃。显著改善植物生长环境, 提高了作物抗御低温的能力, 有效地保护作物正常生长。

2. 提高二氧化碳浓度

提高棚内二氧化碳浓度4~6倍, 使作物的光合作用率提高60%以上。

3. 提高作物的抗逆性

一般生物降解菌种中都含有多种菌系, 具有专门抑制土传病害的高效菌株, 从而减少病虫害, 大大降解农药的使用量。

二、三节约

1. 节约水

秸秆吸水性强, 渗水量减少, 可节约20%。

2. 节约肥

肥流失少, 秸秆转化为有机质, 改善土壤团粒结构, 增加土壤肥力, 可节省肥料30%。

3. 节约药

温度条件好, 植株生长健壮, 抗病性强, 病害轻, 可节约用药25%以上。

三、三改善

1. 改善农作物品质

使用后农产品味道浓郁, 口感好, 果型正, 光泽度好, 产品质量明显提高。

2. 改善土壤

土壤盐渍化得到改善, 20厘米耕作层土壤孔隙度提高1倍以上, 土壤结构通透性变好。为根系创造了优良的环境。

3. 改善环境

一亩地需消耗四亩地的秸秆量, 有效改善环境污染。

四、三增加

1. 增加产量

农作物产品可提前上市10~15天, 延长采收期15~20天。

2. 增加产值

每亩地可增加产值30%以上。

3. 增加收入

玉米秸秆降解 篇5

1 红平菇生物学特性

1.1 分类地位[4,5]

红平菇, 即红侧耳[Pleurotus djamor (Rumph:Fr.) Boedijn]。在国内又名红侧耳、桃红侧耳、萨门红侧耳、鲑黄侧耳、草红平菇为侧耳科 (Pleurotaceae) 伞菌目 (Agaricales) 伞菌亚纲 (Agaricomycetidae) 担子菌纲 (Basidiomycetes) 担子菌门 (Basidiomycota) 菌物界菌类。

笔者试验用的红平菇菌株原始标本于2002年6月18日采自都江堰二王庙公园一树干上。经过组织分离得到纯菌种, 原始菌株编号:Pd.618。菌种保存于西南科技大学生命科学与工程学院微生物学实验室和中国科学院微生物研究所国家普通菌种保藏中心。

1.2 生态习性及自然分布[4,5]

红平菇是热带、亚热带地区木腐菌类, 分解纤维素和木质素能力特别强。通常生长在阔叶树的枯干或树桩上, 主要是橡胶树、柳树、桃树等经济作物的枯干。在热带、亚热带地区多发生在雨季。由于红平菇的适应性广泛, 其广泛分布于马来西亚、柬埔寨、新加坡、越南、泰国、日本、巴西、墨西哥及我国的福建、江西、广西、四川等省区。

1.3 形态特征[4,5]

红平菇形似平菇, 子实体单生、叠生。菌盖幼时贝壳形或扇形, 边缘稍内卷, 长大后逐渐展开, 呈扇形, 边缘外展、波浪状, 直径3～20 cm, 表面有细小绒毛至近光滑。菌柄侧生一般不明显或很短, 长1～2 cm, 有细绒毛。菌盖下方长有许多密集的菌褶, 菌褶幼时较红, 逐渐褪色为奶油色、灰白色至灰褐色。

子实体的颜色是一个很不稳定的生物学性状, 随生长发育期间的光线强弱而呈现红色、粉红色、奶油色、灰白色。光线强时, 获得红色、粉红色、灰褐色的子实体, 鲜艳美丽;光线弱, 颜色变浅发白。

菌丝特征:菌丝透明, 多为节状分隔, 简单分枝, 主枝粗, 分枝细, 直径1.5～5.5μm。基内菌丝大多比气生菌丝宽, 直径2.0～5.5μm。菌肉菌丝有锁状联合, 有缘囊体。孢子生于菌褶片上。担孢子椭圆形, 光滑, 5.0～9.5μm×4.0～5.0μm, 在菌褶片上生有许多担子, 每个担子上有4个担子梗;每1担子梗上生有1枚孢子 (图1) 。

2 红平菇降解秸秆就地还田技术

2.1 原种制备

采用培养基配方 (棉籽壳78%、麸皮20%、石灰1%、石膏1%, 或木屑78%、米糠20%、石灰1%、石膏1%) , 含水量60%～65%, 调pH值至5.5～7.0。分装于750 mL菌种瓶中, 用塑料薄膜封瓶口, 放入灭菌锅内高压蒸汽灭菌。灭菌后培养料冷却至室温即可进行接种。接种后, 在20～30℃条件下进行遮光培养15～20 d, 可用于生产[6]。

2.2 菌种扩大

在室内进行, 每袋菌种可以接种100～150 kg干农作物秸秆。先将干秸秆用1%石灰水浸泡24 h, 捞起后滴水至无线状水流出, 放于农膜袋内, 将菌种均匀混入秸秆中, 密封袋口。保温20～30℃, 第1～4天不通气, 以后每天通气2～3次, 每次约10 min。15～20 d菌丝体即可长满全部培养料, 备用。

2.3 秸秆预处理

将收获后的秸秆晒干。在接种前1～2 d, 在田中挖一个可以堆放需要处理秸秆的浅坑, 深度为40～50 cm, 亦可以利用田地中自然的低洼地或水池, 将稻草堆放于其中, 踩压紧密, 用1%～2%石灰水将全部的稻草浸透, 预湿1～2 d。

2.4 发酵处理

待秸秆全部均匀吸水后, 排除浅坑的底部积水。翻松秸秆, 将生产的菌种全部均匀地混入秸秆中, 稍微压紧、压实, 再盖上一层厚2～3 cm的土壤即可。第7～10天可以翻松1次。发酵处理时间需要15 d以上, 时间越长, 分解就越彻底。未降解稻草的韧性很好, 不易折断, 显然降解后使稻草结构发生了很大变化 (图2) 。利用扫描电子显微镜对红侧耳降解和未降解稻草表面结构的变化进行观察, 未降解的稻草表面纤维结构紧密, 排列规则, 无孔隙;降解后, 致密、规则的稻草表面结构不复存在, 薄壁细胞发生了严重皱缩, 红侧耳菌丝或菌索生长形成许多5～10μm的空隙 (图3) [1]。

注:a—未降解, b—降解。下图同。

2.5 成熟肥料的施用

发酵成熟的秸秆, 手拉即断, 晒干后用手就可以搓成细粉。将其混入其他有机肥、化学肥料就可以作为下季作物的底肥就地施用。

3 前景展望

该项技术具有难度小、成本低、易推广等特点。我国目前现有的耕地面积是1.20亿～1.47亿hm2, 水稻的种植面积约3 066.67万hm2, 每年生产作物1～2季/hm2, 即其秸秆每年就需要处理1～2次, 按处理秸秆的菌种150～180元/hm2计算, 每年的总需求就达到50亿～60亿元。该菌株还可以处理玉米、小麦等各种植物的秸秆。如果对全部作物秸秆进行处理, 每年的总需求量可能达到200亿～300亿元。对农业生产而言, 通过秸秆的微生物处理还田以后, 能减少化学肥料的用量, 土壤的肥力和物理性质将会得到根本性改善, 作物的产量将会提高, 生产成本将大大降低, 这样农业生产的经济效益将会提高10%～20%。该技术的操作简单, 生产者容易掌握, 降解后的秸秆还田不会影响农作物的生长, 特别是微生物对作物营养物质的竞争和争夺。对环境而言, 用这种方法处理秸秆不会产生难闻的气味和有毒有害的物质, 对人畜安全, 还可以从根本上解决每年焚烧秸秆所带来的环境污染, 降低CO2的排放量, 减少有机物质的损失。如果该项技术能投入生产, 得以推广, 将会形成一个新兴农业高新技术产业, 对解决“三农”问题、推动国民经济的可持续发展起到一定的促进作用。

参考文献

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玉米秸秆降解 篇6

纤维素酶在分解纤维素时起主要的生物催化作用, 纤维素酶广泛存在于自然界的生物体中。细菌和真菌都能产生纤维素酶, 真菌产生的纤维素酶属于胞外酶, 大多数用于生产的纤维素酶来自于真菌, 比较典型的有木酶属 (Trichoderma) 、曲霉属 (Aspergillus) 和青霉属 (Penicillium) [3]。从自然界当中筛选高活力适应性强的纤维素酶产生菌, 对于纤维素资源的合理利用具有十分重要的意义。该试验通过从腐烂的木头中筛选出适应性较强的纤维素酶产生菌, 并对筛选菌进行固体发酵培养, 研究其产酶特性及对秸秆中纤维成分的影响, 以为纤维素资源的有效利用以及环境改善提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 样品。

从落叶聚集处收集到的腐烂的木头及树枝。

1.1.2 主要仪器。

电子天平、精密p H计、恒温培养箱、高速台式离心机、可见光分光光度计、恒温水浴锅、漩涡振荡器、超净工作台等。

1.1.3 培养基。

(1) 刚果红纤维素琼脂培养基:KH2PO40.5 g、Mg SO40.25 g、琼脂粉14 g、明胶2.0 g、纤维素粉1.88 g、刚果红0.20 g、蒸馏水1 000 m L。 (2) PDA液体培养基:可溶性淀粉0.6%、大豆蛋白0.5%、葡萄糖2%、琼脂2%、酵母粉0.2%、KH2PO40.2%、Mg SO4·7H2O 0.03%。 (3) 固体发酵培养基:玉米秸秆∶麸皮为9∶1, 以固液比1∶1.5的比例加入复合营养液。 (4) 复合营养液:氨基乙酸、0.59 g/L Mg SO4·7H2O、2.96 g/L Mn SO4·H2O、0.49 g/L Na Cl、1.00 g/L Fe SO4·7H2O、0.1 mg/L Ca Cl2、0.1 mg/L Co Cl2、0.1 g/L Zn SO4·7H2O、0.1 g/L Cu SO4·5H2O、0.01mg/L KAl (SO4) 2·7H2O、0.01 g/L HBO3。

1.2 试验方法

1.2.1 纤维素产生菌的初步筛选[4,5]。

准确称取1 g腐烂样品置于烧杯中, 加入20 m L经高压灭菌的生理盐水浸泡30 min以上, 然后取200μL均匀涂布秸秆选择性培养基上, 30℃培养3 d后, 挑去单菌落接种在刚果红培养基上。30℃培养3 d, 进一步观察菌株生长特征及所产生的透明圈大小。选取透明圈与菌株直径比值较大的2个菌株, 进行下一步培养研究。

1.2.2 纤维素产生菌的固体发酵培养。

将分离纯化后的菌株接种到PDA培养基中, 30℃条件下静止培养3 d, 然后用无菌生理盐水冲洗平板, 轻轻地将琼脂平面的孢子刮下, 并转移到已经灭菌的三角瓶中, 采用平板计数法计算种曲孢子浓度 (浓度为1×109个/m L左右) 。取10 g固体发酵培养基装于250 m L三角瓶, 每个菌株3个重复, 高压灭菌后每个三角瓶接种2.5 m L孢子悬液, 混匀后置于恒温培养箱中30℃培养。每隔2 d取烧瓶中少许样品, 于阴凉干燥处晾干备用。

1.2.3 固体培养基中纤维素含量的测定[6,7]。

纤维素含量的测定采用范氏洗涤纤维分析法, 结果采用如下公式计算:

式中, NDF为中性洗涤纤维, ADF为酸性洗涤纤维, M、N分别为测中性以及酸性洗涤纤维所称取的样品重。

1.2.4 固体培养基的纤维素酶活测定[8,9]。

分别称取不同时期的样品1 g置于小烧杯中, 每个烧杯中加入19 m L的生理盐水, 浸泡2 h后, 4 000 r/min离心5 min。取上清液作为酶液, 用DNS法测定CMC酶活, 以每小时由底物生成1μmol葡萄糖所需的酶量定义为一个酶活力单位 (U) 。

2 结果与分析

2.1 菌株的筛选

从所有样品和供试菌株中筛选到分解纤维素的菌株12株。将纯化菌株反复点种在纤维素—刚果红培养基平板上, 得到2株透明圈直径较大的菌株。该2株菌在PDA平板上3 d即可长满平板, 初期为白色, 随后变为墨绿色和深绿色, 初步鉴定为瑞氏木霉, 命名为1号菌和2号菌。

2.2 固体发酵酶活变化情况

由表1可知, 1号菌固体发酵培养在第3、5、7天CMC酶活差异不大 (p>0.05) , 第9天酶活显著降低 (p<0.05) 。其中第7天酶活最高, 达到278.35 IU/g。

注:不同大写字母表示差异显著。下表同。

由表2可知, 2号菌固体发酵培养在第3、5、7天CMC酶活差异不大 (p>0.05) , 第9天酶活显著降低 (p<0.05) 。其中第3天酶活最高, 达到274.39 IU/g。

2.3 固体发酵对秸秆成分的影响

由表3可知, 1号菌固体发酵培养的秸秆第3天纤维素和半纤维素的含量显著低于对照组 (P<0.05) , 第5、7天纤维素和半纤维素的含量差异不大, 但均低于第3天和对照组 (P<0.05) 。固体发酵培养对秸秆中木质素的含量没有显著的影响 (P>0.05) 。

注:表中数据以绝干基础计算, 表4同。

由表4可知, 2号菌固体发酵培养的秸秆第3天纤维素和半纤维素的含量显著低于对照组 (p<0.05) , 第7天纤维素含量显著低于其余各组, 半纤维素含量在发酵培养后的第3天显著降低, 第5、7天差异不大, 2号菌固体发酵培养的秸秆第3天纤维素和半纤维素的含量显著低于对照组 (p<0.05) 。木质素的含量在培养的过程中没有发生显著的变化 (p>0.05) 。

3 讨论

3.1 固体发酵酶活变化情况

杜仕凤等利用限制性内切酶介导的DNA整合技术获得了200多株木霉突变株, 并从中筛选出I株产酶活性较高的康氏木霉REMI突变株进行优化培养487.38 IU/g。该试验中, 1号菌和2号菌纤维素酶活第3天即相对较高, 最高酶活分别为278.35、274.39 IU/g。王慧杰等对降解纤维素酶的菌株进行筛选, 选出菌株酶活最高为164 IU/g。该试验酶活稍低于杜仕凤的报道结果, 可能与菌种及培养基未经优化培养等因素有关。

该试验中1号菌和2号菌的酶活第3天即达到最高, 和第5、7天差异不显著 (p>0.05) , 第9天酶活显著下降, 这与卢月霞等的报道一致。这可能与该2种菌株第3天菌体大量增加有关, 此时其分泌的纤维素酶量逐渐增加, 纤维素酶活也达到最高。随着时间的增加, 7 d后菌体逐渐衰退, 其分泌的酶量逐渐下降。

3.2 固体发酵对秸秆成分的影响

该试验中1号菌和2号菌第3天即显著降低了秸秆中的纤维素和半纤维素的含量 (p<0.05) , 这可能与这2株真菌第3天纤维素酶活达到最高有关。在培养过程中1号和2号菌纤维素和半纤维素的最高降解率分别为16.18%、52.45%和14.89%、45.31%。曾青兰等筛选出一株纤维素酶高产菌, 经固体发酵8 d后, 纤维素降解率、半纤维素降解率和木质素降解率分别为38.9%、57.9%、26.5%。牛俊玲等[10]也曾报道用木质纤维素复合菌发酵秸秆纤维素和半纤维素含量分别降低7.39%、43.76%左右。

玉米秸秆降解 篇7

1 试验材料与方法

a.土壤样品来源 常年堆放秸秆垛下面的土壤;腐烂的秸秆;森林里有机质丰富的土壤。

b.初筛分离平板培养基 KH2PO42.0g、 (NH4) 2SO41.4g、MgSO4·7H2O0.3g、CaCl20.3g、FeSO4·7H2O 0.005g、MnSO40.0016g、ZnCl20.0017g、CoCl20.002g、蒸馏水1000mL, pH值5.5~6.0, 121℃/30min灭菌, 以滤纸为惟一碳源。

c.羟甲基纤维素钠复筛培养基 CMC-Na20g、NaH2PO42.5g、KH2PO41.5g、蛋白胨2.5g、酵母膏0.5g、蒸馏水1000mL、琼脂20g, pH值7.0~7.2、121℃/30min灭菌。

d.滤纸条培养基 KH2PO42g、MnSO41.6mg、ZnCl21.7mg、CoCl22.0mg、 (NH4) 2SO41.4g、MgSO4·7H2O0.3g、CaCl20.3g、FeSO45mg、蒸馏水1000mL, pH值5.5。于直径为1.5cm、长15cm试管中加入上述无机盐培养基5mL, 加1条去淀粉处理的新华滤纸 (6cm×1cm) 垂直于试管中, 加棉塞121℃/30min灭菌。

e.刚果红鉴别培养基 (NH4) 2SO42.0g、MgSO40.5g、KH2PO41.0g、NaCl0.5g、CMC-Na2.0g、刚果红0.2g、琼脂20g、蒸馏水1000mL。

f.秸秆纤维素的制备 将水稻秸秆剪成2~3cm小段, 烘干后粉碎至60目, 加入2%的氢氧化钠溶液至固液重量比为1∶5, 在80℃水浴处理1h, 水洗至中性, 烘干备用。

g.滤纸的预处理 将大块滤纸剪成直径近于培养皿大小的圆形, 用1%的醋酸浸泡一昼夜除去淀粉, 用碘液检验, 再用2%NaHCO3洗至中性, 晒干待用。

h.纤维素分解菌的筛选分离方法 将所采土样在灭过菌的滤纸平板上点样, 每个平板4~5个点, 28~29℃培养7d进行初筛。再将初筛出的菌株通过接种于CMC-Na培养基上, 入培养箱中28~29℃培养3d进行增殖, 然后编号放冰箱保存待用。将增殖后的菌株用接种针点种 (5mm菌碟) 于鉴别培养基平板上, 每个平板上点3个点, 28~29℃培养48h, 测溶解圈直径, 将溶解圈大的菌株纯化4℃冰箱保存。

i.滤纸分解度的观察 将发酵液经滤纸过滤, 再经4000r/min离心15min, 再经0.22μm的细菌过滤器过滤所得上清液即为粗酶液, 在试管中加入酶液3mL的酶液, 再加入pH值4.4的柠檬酸缓冲液2mL摇匀后加入滤纸条 (1cm×6cm) 和几滴二甲苯, 置于50℃恒温水浴中静置反应24h后稍加震动, 观察其分解强度并用失重法测定其降解度:滤纸边缘膨胀 (+) ;滤纸整齐膨胀并下弯 (++) ;滤纸不定形 (+++) ;全成糊状 (++++) 。

2 试验结果与分析

2.1 纤维素降解菌的初步分离

从各地采集的样品中共分离到比值大于1的菌株22株, 其中包括木霉菌20株、青霉菌1株、细菌1株, 该细菌的溶解圈直径为30.44mm, 真菌中比值大于1.5的有8株, 分别是M1、M2、M3、M13、M19、M21、DZ、M49, 其中M2、M19生长速度最快, 3d可长满皿, 且产孢量大。其它生长比较缓慢。选择上述两种木霉和一株青霉为试验对象进行下一步试验。其溶解圈的大小如表1所示。

mm

2.2 纤维素降解菌对滤纸降解的测定

由表2可以明显看出, 选定的3株菌对滤纸都有较强的降解作用, M2和M19菌株在酶反应24h后, 滤纸成糊状, 另外各菌种在同等条件下对秸秆都有一定的降解能力。但在不同温度条件下降解率不尽相同, 两株菌在37℃下降解率分别为53.22%和52.37%, 在30℃条件下降解率有所下降。

3 结论与讨论

纤维素的彻底降解是在微生物区系中多种微生物长期相互作用的结果, 这一过程仅靠一种微生物是很难完全实现的。分解纤维素的酶是由多种组分组成的酶系。因此, 在进行纤维素大分子降解的研究过程中要考虑到微生物产酶体系之间的协同效应, 尤其是不同真菌之间具有较强的相互作用。试验筛选出分解秸秆的具有高活性的3株菌株, 通过对滤纸率进行初步的测定, 表明3株菌株均具有较高的降解能力。对菌种的鉴定、抗药性的测定以及在低温条件下对纤维素的降解能力等有待进一步研究。

参考文献

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