低温木质素降解菌的筛选,代谢产物分析及秸秆降解效果评价

阅读量：

44

作者：

韩月颖

展开

摘要：

我国北方地区作为养殖业和农业发展主要地区,每年都会有大量畜禽粪便和玉米秸秆等副产物产生,木质素作为这些副产物的主要成分之一,是限制其有效自然降解的主要原因.加之北方地区秋冬季较长,气温较低,使粪便,秸秆等自然降解难度进一步增加.因此筛选低温环境下高效木质素降解微生物,提高木质素以及秸秆等降解效率具有重要研究意义.本试验针对寒冷地区木质素资源利用困难及其造成的环境问题,分离筛选得到一株高效木质素降解菌,并对其进行了产酶条件优化,酶学特性研究和木质素降解代谢产物分析,最后通过液态发酵试验对其秸秆降解效果进行了评价.主要研究内容如下:1.低温木质素降解菌的分离鉴定采用苯胺蓝法及酶活力测定法从长白山阔叶林自然腐烂树叶下的冰冻土壤和肉牛养殖场牛粪中分离获得5株低温木质素降解菌,其中菌株LS-1产酶效果最佳,木质素过氧化物酶(Lip)酶活力为20.68 U/m L,漆酶(Lac)酶活力为8.71U/m L,锰过氧化物酶(Mnp)酶活力为31.71 U/m L.通过形态学及16s r RNA分子生物学鉴定,确定菌株LS-1为嗜麦芽窄食单胞菌.2.菌株LS-1的产酶条件优化采用单因素和响应面法优化菌株LS-1产酶条件,结果显示LS-1在以木质素为唯一碳源,蛋白胨为唯一氮源,初始p H8.0,温度15℃,培养时间3 d时,木质素降解酶酶活力最高,Lip酶活力为24.49 U/m L,Lac酶活力为9.78 U/m L,Mnp酶活力为50.86 U/m L.3.酶学特性研究及诱导剂对木质素降解酶活性的影响在产酶条件优化基础上,对Lip,Lac,Mnp进行酶学特性研究,Lip最适作用温度30℃且热稳定性良好,最适p H 5.0.Lac最适作用温度30℃且热稳定性良好,最适p H 4.0且耐酸性相对较好.Mnp最适作用温度50℃且热稳定性较差,最适p H 5.0.诱导剂对于三种酶酶活性影响研究结果表明,0.75～1.75 mmol/L丁香酸和1 mmol/L Cu~(2+)对Lac具有明显促进作用,0.75 mmol/L Mg~(2+)和0.5%吐温20对Lip具有明显促进作用,0.1%～0.5%吐温20对Mnp具有明显促进作用.4.木质素降解代谢产物分析及秸秆降解效果评价经GC-MS进行分析,在木质素降解代谢产物中发现了十二甲基环六硅氧烷,3,5-二羟基苯甲酸等一些醇类,酚类和酸类物质,而2-氮杂双环[2,2,2]辛-5-烯-2-羧酸乙酯(RT 13.6min),2,3,4-三羟基苯甲醛等部分酯类和醛类物质在降解过程中被代谢掉,其余代谢产物与对照组相比含量发生了变化,如Pyrazine含量增加,1-HYDROXY-3-CYCLOHEXENE含量减少.秸秆降解试验结果表明,经过20 d低温液态发酵,试验组秸秆失重率为18.85%,木质素降解率达36.14%,与对照组相比分别提高约3倍和6倍以上,且发酵后秸秆表面结构出现明显变化.

展开