農(nóng)林廢物堆肥化中木質(zhì)纖維素降解微生物學(xué)研究.pdf

1、目前，堆肥化處理技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)廢物資源化利用技術(shù)之一，該方法能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢物循環(huán)利用，既可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，又可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，防止環(huán)境污染。目前，堆肥化處理技術(shù)正進(jìn)入科學(xué)化的新階段，為了改善該技術(shù)存在的如歷時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，肥效低等諸多不足，提高堆肥效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量，使之能大規(guī)模推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外研究者就堆肥設(shè)備、堆肥化工藝、堆肥微生物學(xué)、堆肥化控制以及堆肥技術(shù)和產(chǎn)品的應(yīng)用等方面開(kāi)展了大量研究工作。其中，限速有機(jī)物的降解一直被認(rèn)為是快速堆肥的關(guān)

2、鍵，農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的限速有機(jī)物主要是指木質(zhì)纖維素，這類有機(jī)物結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，分解困難，與腐殖質(zhì)產(chǎn)生有密切聯(lián)系，尤其是木質(zhì)素，最難攻擊且難以分離，其降解被認(rèn)為是快速堆肥的關(guān)鍵。 本文系統(tǒng)研究了農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中木質(zhì)纖維素的降解過(guò)程及其微生物特性，運(yùn)用傳統(tǒng)方法研究木質(zhì)素降解微生物變化規(guī)律，篩選出高效優(yōu)勢(shì)的木質(zhì)素降解微生物，并研究了不同菌種對(duì)木質(zhì)纖維素的降解特性和初步的降解機(jī)理。同時(shí)還建立了一種堆肥過(guò)程中量化真菌生物量的方法——麥角固醇法

3、。 應(yīng)用傳統(tǒng)培養(yǎng)分離方法系統(tǒng)研究農(nóng)業(yè)廢物堆肥化過(guò)程中木質(zhì)素的生物降解。發(fā)現(xiàn)在堆肥過(guò)程中，木質(zhì)素的生物降解不僅僅是一種菌在起作用，各種菌從堆肥初期到末期的降解能力也不相同。在堆肥的初期，各木質(zhì)素降解菌的降解作用并不明顯，這段時(shí)間各類菌對(duì)木質(zhì)素降解作用是同等重要的，沒(méi)有哪種菌占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；在一次發(fā)酵的高溫期，真菌和放線菌對(duì)木質(zhì)素的降解的作用是主要的，此階段木質(zhì)素降解菌的濃度很高，但是其對(duì)木質(zhì)素降解的能力并不突出，不適合作為優(yōu)勢(shì)菌

4、種篩選時(shí)期。在一次發(fā)酵的降溫期，木質(zhì)素降解菌協(xié)同作用。在一次發(fā)酵轉(zhuǎn)入二次發(fā)酵的時(shí)期和二次發(fā)酵初期，細(xì)菌和真菌起主要作用，這階段真菌降解木質(zhì)素的能力十分強(qiáng)，并且木質(zhì)素降解真菌占總真菌比率十分高，是篩選木質(zhì)素降解真菌的最佳時(shí)期。在堆肥的后期，木質(zhì)素的降解主要依靠真菌和放線菌的作用。從一次發(fā)酵高溫期到二次發(fā)酵前，木質(zhì)素降解真菌是這階段最主要的作用者，其濃度的變化直接影響著木質(zhì)素總降解菌的變化，相應(yīng)的木質(zhì)素降解放線菌是堆肥后期主要的作用者，其濃

5、度的變化也影響著總降解菌的濃度。木質(zhì)纖維素降解主要發(fā)生在高溫期和二次發(fā)酵期。多酚氧化酶PPO和過(guò)氧化物酶POD是木質(zhì)素降解的主要酶系，其中高溫期微生物分泌的主要為POD酶系，而二次發(fā)酵期間微生物分泌POD與PPO，它們?cè)谀举|(zhì)素降解過(guò)程中共同作用。就整個(gè)堆肥化過(guò)程而言，木質(zhì)素的生物降解更主要依賴PPO的催化氧化作用通過(guò)比較從堆肥中篩選得到的細(xì)菌，放線菌，真菌對(duì)木質(zhì)纖維素的降解及產(chǎn)酶特性發(fā)現(xiàn)：從堆肥中篩選得到的細(xì)菌X6、放線菌F2、黑曲霉都

6、具有木質(zhì)纖維素降解能力，兼具低分子量木質(zhì)素酚型、非酚型類物質(zhì)的降解能力。在本實(shí)驗(yàn)條件下，主要依靠Lip、MnP、Lac、纖維素CMC酶活以及木聚糖酶活的共同作用降解木質(zhì)纖維素，但各種菌產(chǎn)這5種酶的比例各不相同。細(xì)菌、放線菌產(chǎn)酶高峰處于菌體生長(zhǎng)較穩(wěn)定的時(shí)期，對(duì)木質(zhì)素的降解發(fā)生初級(jí)代謝階段。這與真菌的次級(jí)代謝機(jī)理有所不同。在本實(shí)驗(yàn)條件下培養(yǎng)30d，細(xì)菌X6對(duì)木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的降解率分別為9.43％，38.8％，41.84％。放線菌F

7、2對(duì)木質(zhì)素、纖維素、半纖維素的降解率分別為11.5％，40.26％，46.24％。紅外光譜顯示經(jīng)細(xì)菌X6和放線菌F2降解的木質(zhì)纖維素在降解前后各官能團(tuán)都發(fā)生了一定的變化，細(xì)菌X6和放線菌F2對(duì)木質(zhì)素降解官能團(tuán)的作用有所不同，進(jìn)一步證實(shí)其利用木質(zhì)纖維素的能力。黑曲霉產(chǎn)酶高峰處于菌體生長(zhǎng)較穩(wěn)定的時(shí)期，但它對(duì)木質(zhì)素的降解都發(fā)生在后期。這說(shuō)明其代謝木質(zhì)素的機(jī)理與白腐菌次級(jí)代謝機(jī)理有所相同。在本實(shí)驗(yàn)條件下培養(yǎng)30d，黑曲霉對(duì)木質(zhì)素、纖維素、半纖維

8、素的降解率分別為16.87％、39.85％、45.32％。紅外光譜顯示木質(zhì)纖維素降解前后各官能團(tuán)都發(fā)生了一定的變化，黑曲霉對(duì)木質(zhì)素官能團(tuán)的降解作用有所不同，進(jìn)一步證實(shí)了黑曲霉利用木質(zhì)纖維素的能力。 由于麥角固醇是存在于真菌細(xì)胞膜中占主導(dǎo)的物質(zhì)且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以用其有效地表征生物量，這種方法在土壤系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，鑒于堆肥系統(tǒng)與土壤系統(tǒng)的相似性，鑒于此，我們可以將這一方法引入堆肥過(guò)程，通過(guò)測(cè)定堆肥中真菌麥角固醇的含量，找到麥角固