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《江苏农业科学》[ISSN:1002-1302/CN:32-1214/S]

卷:

第51卷

期数:

2023年第19期

页码:

229-236,244

栏目:

资源与环境

出版日期:

2023-10-05

文章信息/Info

Title:

Optimization of fermentation conditions of a cellulose degrading strain with high temperature resistance and its application in straw degradation

作者:

王永伦; 余克非; 郑展望

浙江农林大学环境与资源学院，浙江杭州 310000

Author(s):

Wang Yonglun; et al

关键词:

纤维素降解菌; 耐高温; 发酵条件; 纤维素; 秸秆降解

Keywords:

-

分类号:

S141.4；S182

DOI:

-

文献标志码:

A

摘要:

采用刚果红培养基和高温筛选的方法从小麦秸秆模拟堆肥中分离出1株耐高温枯草芽孢杆菌属的单菌株Bacillus subtilis 03，通过16S rDNA序列分析对该菌株进行分子生物学鉴定；采用单因素试验和正交试验法对菌株的发酵条件进行优化。通过对高温发酵过程中秸秆降解率和纤维素酶活性的测定，评估目标菌株在高温下对秸秆的降解性能。结果表明，分离所得的目标菌株 Bacillus subtilis 03为枯草芽孢杆菌属(GenBank 登录号：SUB12359776)，此菌株可在60 ℃下降解纤维素；高温下该菌株最适产酶条件：培养时间12 h，羧甲基纤维素钠的浓度14 g/L，硫酸铵浓度 1.4 g/L，接种量4%，pH值为7，发酵周期8 d，钾离子(K⁺)浓度为0.08 μmol/L，钴离子(Co²⁺)浓度为0.12 μmol/L，镁离子(Mg²⁺)浓度为0.12 μmol/L，钙离子(Ca²⁺)浓度为0.12 μmol/L。另外，菌株Bacillus subtilis 03具有良好的耐碱性特征，碱性条件下仍可产生较高的纤维素酶活，所产纤维素酶的酶促反应活性和稳定性在pH值为10时仍能分别保留最适pH值(pH值为7)下的73.28%、68.14%。菌株优化固态发酵条件接种于秸秆堆肥36 d后，秸秆减量达到32.72%。在堆肥过程中菌株降解秸秆产生的腐殖酸使堆肥pH值产生了显著变化而且高温阶段菌株数量约为升温阶段末期的87.5%，pH值和菌株数量变化都显示了该菌株在高温下对秸秆的强降解能力。

Abstract:

-

参考文献/References:

［1］张晓庆，王梓凡，参木友，等. 中国农作物秸秆产量及综合利用现状分析［J］. 中国农业大学学报，2021，26(9)：30-41.
［2］魏蔚，吴昊，宋时丽，等. 复合菌剂对小麦秸秆降解速率土壤酶和土壤微生物类群的影响［J］. 土壤，2019，51(5)：955-963.
［3］隋华，陈静. 秸秆焚烧的危害及综合利用探究［J］. 南方农业，2020，14(8)：165-166.
［4］Zeng X Y，Ma Y T，Ma L R. Utilization of straw in biomass energy in China ［J］. Renewable Sustainable Energy Reviews 2007，11(5)：976-987.
［5］李静，张瀚能，赵翀，等. 高效纤维素降解菌分离筛选、复合菌系构建及秸秆降解效果分析［J］. 应用与环境生物学报，2016，22(4)：689-696.
［6］Sarkar S，Banerjee R，Chanda S，et al. Effectiveness of inoculation with isolated Geobacillus strains in the thermophilic stage of vegetable waste composting［J］. Bioresource Technology，2010，101(8)：2892-2895.
［7］Soares F L，Melo I S，Dias A C F，et al. Cellulolytic bacteria from soils in harsh environments［J］. World Journal of Microbiology and Biotechnology，2012，28(5)：2195-2203.
［8］Gong X J，Zou H T，Qian C R，et al. Construction of in situ degradation bacteria of corn straw and analysis of its degradation efficiency［J］. Annals of Microbiology，2020，70(1)：1-15.
［9］张楠，杨兴明，徐阳春，等. 高温纤维素降解菌的筛选和酶活性测定及鉴定［J］. 南京农业大学学报2010，33(3)：82-87.
［10］董雪丽，季静，张松皓，等. 一株耐低温纤维素降解菌的发酵条件优化和秸秆降解研究［J］. 农业生物技术学报，2022，30(5)：978-989.
［11］孟童瑶，李素艳，邹荣松，等. 固定化木质素降解菌对园林废弃物堆肥的影响［J］. 浙江农林大学学报，2021，38(1)：38-46.
［12］张鹏飞，李素艳，余克非，等. 木质素降解细菌的筛选及园林废弃物降解研究［J］. 安徽农业大学学报，2018，45(4)：676-681.
［13］蔡昌凤，杨茜，方剑平，等. SRB固态发酵条件优选及动力学方程建立［J］. 环境工程学报，2014，8(11)：4586-4592.
［14］Steiner E，Margesin R. Production and partial characterization of a crude cold-active cellulase (CMCase) from Bacillus mycoides AR20-61 isolated from an alpine forest site［J］. Annals of Microbiology，2020，70：67.
［15］Chang Y C，Ikeutsu K，Toyama T，et al. Isolation and characterization of tetrachloroethylene-and cis-1，2-dichloroethylene-dechlorinating propionibacteria［J］. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology，2011，38(10)：1667-1677.
［16］张悦，季静，关春峰，等. 秸秆纤维素降解菌的筛选及其产酶特性研究［J］. 纤维素科学与技术，2018，26(4)：28-37.
［17］张爽. 低温纤维素降解菌的筛选及其玉米秸秆降解效果研究［D］. 哈尔滨：东北农业大学，2018：7-19.
［18］杨耀刚，田瑞华. 金属离子及表面活性剂对土著菌产纤维素酶的影响［J］. 江苏农业科学，2018，46(24)：366-369.
［19］孔华忠. 中国真菌志［M］. 北京：科学出版社，2009：272-273.
［20］Li D P，Feng L，Liu K R，et al. Optimization of cold-active CMCase production by psychrotrophic Sphingomonas sp. FLX-7 from the cold region of China［J］. Cellulose，2016，23(2)：1335-1347.
［21］郭晓威，王秀然，解长睿，等. 木质素降解菌株的分离及其降解玉米秸秆过程中产酶特点［J］. 微生物学报，2017，57(12)：1806-1816.
［22］Al-balawi T H A，Wood A L，Solis1 A，et al. Anoxybacillus sp. strain UARK-01，a new thermophilic soil bacterium with hyperthermostable alkaline laccase activity ［J］. Current Microbiology，2017，74(6)：762-771.
［23］洪培，疏义林，柯丽霞. 金属离子对平菇和杏鲍菇纤维素酶活性的影响［J］. 安徽农业科学，2015，43(26)：59-60，66.
［24］Rattanaporn K，Tantayotai P，Phusantisampan T，et al. Organic acid pretreatment of oil palm trunk：effect on enzymatic saccharification and ethanol production［J］. Bioprocess and Biosystems Engineering，2018，41：467-477.
［25］郜道玉，周源，龚萍，等. 耐高温纤维素降解菌株的筛选、鉴定及其酶活力的测定［J］. 试验研究，2022，19：69-73.
［26］易旻，杨玉婷，李梦霖，等. 一株耐高温纤维素降解菌的分离筛选及鉴定［J］. 吉首大学学报(自然科学版)，2017，38(4)：72-76.
［27］张秧，艾为党，靳向丹，等. 3种菌剂对小麦秸秆好氧堆肥降解效果比较［J］. 环境工程学报，2021，15(2)：701-716.
［28］刘心吾，张威，马玲玲，等. 耐高温木质纤维素降解菌株的分离筛选、鉴定及降解工艺的研究［J］. 中国农学通报，2020，36(21)：118-125.

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[1]牛明芬,武肖媛,于海娇,等.牛粪纤维素降解菌的筛选与初步鉴定[J].江苏农业科学,2014,42(11):393.
　Niu Mingfen,et al(9).Screening and identification of cellulose-decomposing bacteria of dairy manure[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2014,42(19):393.
[2]王明月,毕荣璐,王金华,等.板栗苞壳纤维素降解真菌的筛选及降解效果[J].江苏农业科学,2014,42(05):290.
　Wang Mingyue,et al.Screening of cellulose degrading fungi from chestnut bud shell and its degradation effect[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2014,42(19):290.
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[4]李秀玲,辛磊,安慧,等.1株蚕沙高温腐熟菌的筛选及应用[J].江苏农业科学,2019,47(18):314.
　Li Xiuling,et al.Screening and application of a thermophilic strain of silkworm litter[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2019,47(19):314.
[5]刘延波,张丽婷,赵志军,等.赊店老酒大曲中耐高温霉菌的筛选与产酶条件优化[J].江苏农业科学,2020,48(05):268.
　Liu Yanbo,et al.Screening of molds with high temperature resistance and optimization of enzyme production conditions in Shedian Laojiu Daqu[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2020,48(19):268.
[6]王勇,张育铭,朱洪磊,等.高效纤维素降解菌的筛选及产酶活力测定[J].江苏农业科学,2020,48(23):255.
　Wang Yong,et al.Screening of high-efficiency cellulose-degrading bacteria and determination of enzyme-producing activity[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2020,48(19):255.
[7]赵芳娟,邓百万,解修超,等.耐高温萌发菌胞外酶活性与天麻种子萌发的关系[J].江苏农业科学,2022,50(4):205.
　Zhao Fangjuan,et al.Relationship between extracellular enzyme activity of heat-resistant germination bacteria and germination of Gastrodia elata seeds[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2022,50(19):205.
[8]姜立春,付丹阳,赵欣悦,等.麦洼牦牛粪便纤维素降解菌的筛选、鉴定及产酶条件优化[J].江苏农业科学,2024,52(7):223.
　Jiang Lichun,et al.Screening and identification of cellulose degrading bacteria from Maiwa yak dung and optimization of its enzyme production conditions[J].Jiangsu Agricultural Sciences,2024,52(19):223.

备注/Memo

备注/Memo:

收稿日期：2023-04-11
基金项目：浙江省重点研发计划(编号：2020C02009、2021C03190)；高等学校学科创新引智计划(编号：D18008)。
作者简介：王永伦(1999—)，男，安徽合肥人，硕士研究生，主要从事秸秆资源化利用研究。E-mail：2272386353@qq.com。
通信作者：郑展望，博士，教授，主要从事农村污水处理研究。E-mail：zhengzw@zafu.edu.cn。

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更新日期/Last Update: 2023-10-05