高效纤维素降解菌剂的构建及其在玉米秸秆堆肥中的应用研究
秸秆堆肥化处理作为秸秆资源化利用的一种方式，能够在微生物的作用下将秸秆转化为有机肥，施用于农田可以提升土壤肥力和改良土壤结构。但是秸秆作为典型的纤维素类物质，降解比较困难，易导致堆肥发酵周期长且堆肥产品质量不好等问题。因此本研究筛选了高效纤维素降解菌并构建复合菌剂，将菌剂加入堆肥中进行发酵，并对堆肥过程中理化性质的变化以及细菌群落多样性进行分析，研究堆肥过程中腐殖质的变化规律，揭示外源纤维素降解菌剂对腐殖质合成的潜在影响机制，为外源性纤维素降解菌剂对堆肥过程中腐殖质合成的影响提供理论基础。主要研究结果如下： （1）通过刚果红染色试验、滤纸条降解试验和纤维素酶活测定试验最终筛选出4株高产纤维素酶的菌株（WS-1、WF-8、WF-10和WF-11）；经分子生物学鉴定，WS-1为蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus），WF-8为枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis），WF-10为圈卷产色链霉菌（Streptomycesansochromogenes），WF-11为地衣芽孢杆菌（Bacilluslincheniformis）。 （2）构建筛选得到一组纤维素酶活力较高的复合菌剂HD（WS-1+WF-8+WF-10+WF-11）；然后以CMCase为优化指标，对其发酵培养基以及发酵条件优化后得到的最适发酵培养基为：秸秆粉15g，(NH4)2SO44g，KH2PO41.0g，MgSO4·7H2O0.3g，NaCl0.1g，CaCl20.1g，FeCl30.01g，ddH2O1000mL；最适发酵条件为：温度34℃、接种量5%、时间6d和pH7.2，与优化前相比，纤维素酶活力提高了1.45倍。 （3）堆肥理化性质的变化结果表明，与未接种的对照（CK）相比，堆肥周期缩短了7d；堆肥结束后，接种复合菌剂的堆肥中（WE）纤维素和半纤维素降解率为78.89%和89.04%，相比于对照组提高了10.60%和9.29%，促进了纤维素和半纤维素的降解，加快了堆肥矿质化进程；另外，外源纤维素降解菌剂的添加使得堆肥产品的腐殖质含量增长了15.85mg/g，促进了堆肥腐殖化进程。 （4）利用高通量测序技术对堆肥过程中不同时期的细菌群落结构分析表明，添加外源纤维素降解菌剂后，堆肥中与纤维素降解相关细菌群落的相对丰度有所增加，另外，接种外源纤维素降解菌剂使堆肥发酵过程中细菌群落的丰富度和多样性增加。利用冗余相关性分析（RDA）对堆肥中理化因子、腐殖质和细菌群落组成进行相关性分析，结果表明，外源纤维素降解菌剂作为生物激活剂刺激了细菌群落的潜在功能；共现网络分析表明，外源纤维素降解菌剂的添加提高了堆肥过程中细菌群落之间的网络复杂性，增强了细菌群落间的相互作用。结构方程模型（SEM）结果表明，外源纤维素降解菌剂可以增强有机物的生物降解途径和腐殖质的生物合成途径，增强腐殖质合成的驱动力。
玉米秸秆;腐殖质;堆肥;外源纤维素降解菌剂
天津科技大学
硕士
轻工技术与工程
钟成;田春杰
2022
中文
S141.4
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）