稻稈降解復合菌系的篩選及其發(fā)酵特性研究.pdf

1、以秸稈為原料進行沼氣發(fā)酵是推動產業(yè)沼氣發(fā)展的重要途徑,然而秸稈中的木質纖維素結構復雜、不易被微生物降解,嚴重制約了秸稈沼氣的發(fā)展。木質纖維素的水解酸化是秸稈沼氣發(fā)酵的限速步驟,如何實現木質纖維素的高效水解酸化一直是困擾研究學者的難題。關于木質纖維素降解菌的研究有很多報道,但多數存在酶系組成單一、纖維素降解率低、發(fā)酵溫度要求過高的問題,不適合高寒地區(qū)沼氣工程的運行。本研究從黑龍江省內富含腐草的多處特殊地理環(huán)境中取樣,利用微生物之間天然形成

2、的協(xié)同關系,在中溫35℃條件下,篩選馴化能夠高效降解木質纖維素的復合菌系,探討其形態(tài)特征、生長特性、稻稈降解和產酸能力。主要研究內容和結果如下:
　　 1篩選構建木質纖維素降解復合菌系
　　 以稻稈為主要碳源,從富含纖維素的土壤中分離得到一組高效穩(wěn)定降解稻稈的復合菌系LZF-12,經過四十多次的傳代培養(yǎng),該復合菌系的群落組成和降解性能趨于穩(wěn)定。該復合菌系6天內即可將濾紙完全降解,7天即可軟化稻稈。光學顯微鏡和掃描電鏡顯示

3、LZF-12菌群組成比較復雜,從外觀形態(tài)來看,粗細、長短不一,桿菌占主要的比例,其中夾雜著少量的球狀菌、梭狀菌和啞鈴狀菌等。
　　 2LZF-12的生長特性研究
　　 通過測量分析LZF-12的生長曲線和DO曲線,發(fā)現該復合菌系由好氧菌株和微好氧菌株構成,好氧菌通過消耗培養(yǎng)基中的溶解氧為微好氧菌營造適宜環(huán)境,而木質纖維物質的降解主要依靠微好氧菌。不同初始pH值條件下,復合菌系發(fā)酵過程的環(huán)境pH值變化趨勢基本一致,表明該菌

4、系對環(huán)境的pH值具有較強的緩沖調節(jié)能力。
　　 3LZF-12的發(fā)酵性能研究
　　 在監(jiān)測稻稈被降解過程中的粗纖維變化時,發(fā)現復合菌系先利用稻稈中的半纖維素,然后開始降解纖維素,木質素在整個過程中被降解較少,到發(fā)酵結束時,稻稈總失重率為66％。液相末端產物VFAs(揮發(fā)酸)濃度在整個過程中先增大后減小,在第6天左右達到峰值,為3.44g/L,其中,乙酸與丁酸之和占到90％以上,丙酸含量較低,為下步的接甲烷菌產沼氣反應提供

5、了適當的底物。
　　 4碳氮比對LZF-12發(fā)酵過程的影響
　　 比較不同稻稈預處理方式對其降解的影響,結果顯示1％氫氧化鈉處理稻稈是一種經濟有效的預處理方式。文中比較了五個碳氮比(即5:1,7:1,10:1,15:1,20:1)下發(fā)酵液中微生物濁度、pH值、稻稈降解率、VFAs變化,結果顯示:碳氮比越低,培養(yǎng)基中氮源相對豐富,微生物量越大,稻稈的降解率也越大,相應的發(fā)酵產物VFAs產量也越高。因此,低的碳氮比利于復合菌

6、系LZF-12降解稻稈產酸。
　　 5DGGE監(jiān)測發(fā)酵過程中群落動態(tài)
　　 DGGE分析顯示,復合菌系LZF-12中微生物種類較多,優(yōu)勢菌群有Clostridiumsp.、Uncultured Verrucomicrobia和Clostridium cellulolyticum。有資料顯示這幾類菌群具有較強的降解木質纖維素的能力,對于稻稈的降解起到了關鍵作用;此外,復合菌系中還含有Pseudomonassp.、Aceti