稻稈降解復(fù)合菌系的篩選及其發(fā)酵特性研究.pdf

1、以秸稈為原料進(jìn)行沼氣發(fā)酵是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)沼氣發(fā)展的重要途徑,然而秸稈中的木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易被微生物降解,嚴(yán)重制約了秸稈沼氣的發(fā)展。木質(zhì)纖維素的水解酸化是秸稈沼氣發(fā)酵的限速步驟,如何實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的高效水解酸化一直是困擾研究學(xué)者的難題。關(guān)于木質(zhì)纖維素降解菌的研究有很多報(bào)道,但多數(shù)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(yùn)行。本研究從黑龍江省內(nèi)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(guān)系,在中溫35℃條件下,篩選馴化能夠高效降解木質(zhì)纖維素的復(fù)合菌系,探討其形態(tài)特征、生長(zhǎng)特性、稻稈降解和產(chǎn)酸能力。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1篩選構(gòu)建木質(zhì)纖維素降解復(fù)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(fù)合菌系LZF-12,經(jīng)過四十多次的傳代培養(yǎng),該復(fù)合菌系的群落組成和降解性能趨于穩(wěn)定。該復(fù)合菌系6天內(nèi)即可將濾紙完全降解,7天即可軟化稻稈。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡顯示

3、LZF-12菌群組成比較復(fù)雜,從外觀形態(tài)來(lái)看,粗細(xì)、長(zhǎng)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(zhǎng)特性研究
　　 通過測(cè)量分析LZF-12的生長(zhǎng)曲線和DO曲線,發(fā)現(xiàn)該復(fù)合菌系由好氧菌株和微好氧菌株構(gòu)成,好氧菌通過消耗培養(yǎng)基中的溶解氧為微好氧菌營(yíng)造適宜環(huán)境,而木質(zhì)纖維物質(zhì)的降解主要依靠微好氧菌。不同初始pH值條件下,復(fù)合菌系發(fā)酵過程的環(huán)境pH值變化趨勢(shì)基本一致,表明該菌

4、系對(duì)環(huán)境的pH值具有較強(qiáng)的緩沖調(diào)節(jié)能力。
　　 3LZF-12的發(fā)酵性能研究
　　 在監(jiān)測(cè)稻稈被降解過程中的粗纖維變化時(shí),發(fā)現(xiàn)復(fù)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(zhì)素在整個(gè)過程中被降解較少,到發(fā)酵結(jié)束時(shí),稻稈總失重率為66％。液相末端產(chǎn)物VFAs(揮發(fā)酸)濃度在整個(gè)過程中先增大后減小,在第6天左右達(dá)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(chǎn)沼氣反應(yīng)提供

5、了適當(dāng)?shù)牡孜铩?br>　　 4碳氮比對(duì)LZF-12發(fā)酵過程的影響
　　 比較不同稻稈預(yù)處理方式對(duì)其降解的影響,結(jié)果顯示1％氫氧化鈉處理稻稈是一種經(jīng)濟(jì)有效的預(yù)處理方式。文中比較了五個(gè)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(jié)果顯示:碳氮比越低,培養(yǎng)基中氮源相對(duì)豐富,微生物量越大,稻稈的降解率也越大,相應(yīng)的發(fā)酵產(chǎn)物VFAs產(chǎn)量也越高。因此,低的碳氮比利于復(fù)合菌

6、系LZF-12降解稻稈產(chǎn)酸。
　　 5DGGE監(jiān)測(cè)發(fā)酵過程中群落動(dòng)態(tài)
　　 DGGE分析顯示,復(fù)合菌系LZF-12中微生物種類較多,優(yōu)勢(shì)菌群有Clostridiumsp.、Uncultured Verrucomicrobia和Clostridium cellulolyticum。有資料顯示這幾類菌群具有較強(qiáng)的降解木質(zhì)纖維素的能力,對(duì)于稻稈的降解起到了關(guān)鍵作用;此外,復(fù)合菌系中還含有Pseudomonassp.、Aceti