关于秸秆微生物降解的文献计量分析

随着可再生生物质能源研究的快速发展,秸秆的微生物降解成为世界范围内的研究热点。客观分析当前秸秆微生物降解领域的发展态势,可为我国秸秆降解领域工作人员提供情报动态,推进我国在新型生物质能源方面的深入研究。本文基于WebofScience数据库,利用HisCite和VOSviewer软件分析工具,对世界范围内关于秸秆微生物降解领域的发文数量、高发文国家、高发文期刊及高发文机构等数据进行分析。分析结果发现秸秆微生物降解研究自21世纪以来出现逐年递增的趋势,全球范围内对秸秆微生物降解的研究主要集中在应用微生物、农业和生物技术等方面。其中,美国、中国、德国和日本在秸秆微生物降解研究领域处于国际领先地位。美国的发文量和发文的影响力位列首位。我国在该领域发文量位列第二名,表明我国在秸秆微生物降解领域的研究具有一定的基础,但影响力较低,需要加强高水平的研究,带动我国在该领域研究实力的整体提升。     

外源微生物及辅料对秸秆降解效果的影响

研究加入外源微生物及添加辅料对秸秆降解率的影响。通过秸杆固体培养进行了降解试验,结果显示,加入外源微生物后纤维素降解率明显提高,嗜热侧孢霉可提高34.76%,放线菌可提高18.99%。通过在秸秆中加入辅料香菇菌糠,培养后秸秆的纤维素含量由原来的32.11%降至14.19%,降解率达55.81%。加入外源微生物的秸秆降解过程具有升温快、温度高及高温维持时间长等优点。加入微生物的秸秆降解高温维持8 d,对照为6 d。秸秆降解过程中的最高温度分别为63℃和58℃。为下一步外源微生物的进一步研究及菌糠的大量利用提供参考。     

微生物降解秸秆木质素的研究进展

我国秸秆资源丰富，每年产生逾8亿t作物秸秆。通过秸秆直接还田或肥料化还田不仅可以减少化肥的施用量，缓解农业污染压力，还能实现农作物秸秆的循环利用。木质素结构复杂，且与纤维素和半纤维素相互缠绕，因此秸秆的自然腐解过程中，木质素是主要的限速因子，为了提高降解效率，木质素降解菌的发掘和降解机制也逐渐成为研究热点。本文综述了降解木质素的真菌和细菌的研究现状，对比其真菌和细菌降解特性的优缺点并分析复合降解菌群的优势。随后对木质素降解酶系的酶学性质、在不同微生物中的表达特性进行总结，对木质素降解机制及衍生芳烃代谢路径的研究进展进行综述。最后整理木质素降解微生物在秸秆肥料化技术中的应用进展，并探讨了微生物降解秸秆木质素的应用前景和未来的研究方向。     

微生物菌剂对秸秆降解及秸秆中微生物变化规律的影响

为明确不同微生物菌剂对秸秆降解率及秸秆降解过程中秸秆周围微生物变化规律的影响，在温室大棚内进行不同微生物菌剂降解秸秆试验。以玉米秸秆为基质，设玉米秸秆（对照组）、玉米秸秆+哈茨木霉（Trichoderma harzianum）（处理1）、玉米秸秆+哈茨木霉+地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)（处理2）三个处理。研究结果显示，单独用哈茨木霉处理可显著提高秸秆降解率，前期作用尤其明显；在秸秆降解的前30 d，秸秆降解率与秸秆中可培养真菌、细菌、放线菌呈显著正相关。不同微生物菌剂对秸秆中可培养微生物数量变化有显著影响，单独接种哈茨木霉后，秸秆中可培养真菌、细菌、放线菌数在前30 d显著高于对照组和混合菌剂处理，不同处理可培养活菌数均在90～120 d达到峰值，然后开始下降。研究结果表明，不同微生物菌剂对秸秆降解有显著影响，单独用哈茨木霉处理可显著提高秸秆降解率；不同处理对秸秆中可培养真菌、细菌、放线菌的影响有显著差异。可为秸秆降解与微生物相关性研究提供参考。     

平菇类食用菌对农作物秸秆生物降解转化饲料的研究进展

综述了近年来国内外利用平菇类食用菌降解农作物秸秆的有关研究进展情况,主要包括限制秸秆饲料化的主要因素及提高秸秆饲料利用率的途径,平菇类食用菌降解秸秆的优势及其降解秸秆转化饲料的效果。并就笔者课题组近年来的研究总结了利用平菇类食用菌降解农作物秸秆的制约因素,以加快其应用于实际生产中。     

秸秆与牛粪混合发酵对秸秆降解及土壤肥力的影响

利用GET技术可以有效地降解秸秆生产清洁能源生物甲烷,达到无害化处理与利用秸秆的目的。本研究应用GET技术研究了发酵基质(秸秆∶牛粪)配比和温度对秸秆降解及土壤肥力的影响,以求为GET技术的推广与应用提供支撑。结果表明,各处理因素中发酵基质配比和温度及其相互作用对秸秆纤维素和半纤维素的降解有显著影响,两因数的交互作用对纤维素和半纤维素的降解也有显著作用,但对木质素的影响不显著。其中发酵基质配比以1∶1最为适宜,其纤维素和半纤维素的降解率分别为55. 39%和27. 75%;秸秆纤维素的降解率随着温度的升高而增加,但半纤维素降解率在30℃时达到最高,分别比10℃、20℃和40℃时高33. 80%、18. 37%和6. 26%。发酵基质配比和温度对厌氧发酵后土壤的肥力也有显著作用,土壤有机质、全氮和全磷含量均以1∶1配比处理和30℃处理条件下为最高。GET技术的应用还能显著改善土壤结构,厌氧发酵后土壤微团聚体粒径组成由小团聚体转化为大团聚体为主,土壤微团聚体分形维数显著下降。     

秸秆降解的微生物学机理研究及应用进展

综述了秸秆降解的微生物学机理的一些进展。降解秸秆的酶类主要是纤维素水解酶、Cx组分和 β 葡萄糖苷酶 ;降解秸秆的菌种在不同的土壤条件、温度条件下有所不同 ,其中以真菌中的木霉属分解能力较强 ;秸秆降解后对土壤性状有明显改善作用。目前 ,对落叶分解的消长规律研究较为深入 ,但对秸秆降解过程中菌落的演替规律仍需进一步研究     

降解菌系和助腐剂对不同还田方式下水稻秸秆降解特征的影响

基于田间小区试验,设置两种秸秆还田处理(以秸秆混土处理模拟旋耕还田,以秸秆不混土处理模拟秸秆沟埋还田),采用尼龙网袋法,通过测定秸秆降解率及秸秆半纤维素、纤维素和木质素的含量,研究两种还田方式下施用降解菌系和助腐剂后水稻秸秆的降解规律。结果表明:在试验前5个月,不混土处理的秸秆降解率始终高于混土处理4.5%～11.6%;至第12个月,混土处理秸秆降解率显著高于不混土处理4.9%～13.0%。在前2个月,各处理水稻秸秆降解较快,秸秆降解率均超过50%,此后秸秆降解进入缓慢期。混土处理中,降解菌系和助腐剂仅能在第1个月提高秸秆的降解效率,此时秸秆降解率分别比对照组高11.0%和10.2%(P0.01);不混土处理中,降解菌系在1～5个月内显著提高秸秆降解效率4.3%～9.7%,助腐剂在1～12个月显著提高秸秆降解效率7.3%～14.4%。试验至第5个月时,喷施助腐剂的秸秆半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别达79.1%、80.2%和34.7%,且与喷施菌系处理差异不显著。综上所述,秸秆降解菌系和秸秆助腐剂均能提高水稻秸秆的降解效率,且不混土处理的施用效果好于混土处理。     

低温秸秆降解微生物菌剂的研究进展

秸秆的成分主要有纤维素、半纤维素和木质素等,降解秸秆的微生物包括细菌、放线菌和真菌。低温秸秆降解微生物的选育方法有直接从自然界中筛选、诱变育种、原生质体融合育种、基因工程育种等。目前,筛选获得的低温秸秆降解菌株的数量有限,降解秸秆的能力不高,低温条件下菌株的降解机理都需要进一步的研究。综述了低温条件下秸秆降解微生物菌剂的研究进展。     

白腐菌及黑曲霉所产的纤维素复合酶对稻草秸秆的生物降解

研究了白腐菌及纤维素复合酶对稻草秸秆的协同生物降解。结果表明,利用黄孢原毛平革菌固态发酵稻草秸秆的过程中,LiP和MnP的最大活力可以达到28.3U/g和12.6U/g,同时,秸秆中的木质素能被有效降解,但纤维素、半纤维素降解率较低。添加黑曲霉所产的纤维素复合酶能有效地促进秸秆腐熟程度。在接入白腐菌培养10天后,每克稻草添加3 IU纤维素酶液并酶解48h可以使稻草秸秆中纤维素降解53.8%,半纤维素降解57.8%,木质素降解44.5%,干物质损失46.3%。此时细胞壁出现大范围破损,整个组织变得松散,秸秆完全腐熟。     

1株来自瘤胃液菌株RB1在降解秸秆中的作用

木质纤维素中木糖残基大量乙酰化,导致半纤维素的降解受阻。半纤维素支链水解断裂,可以解除其空间位阻效应,利于木质纤维素彻底降解。采用产乙酰酯酶活力较高的菌株RB1降解玉米秸秆和水稻秸秆。研究结果表明,菌株RB1对玉米秸秆和水稻秸秆中半纤维素降解率分别高达53.87%和51.67%。同时该菌株对秸秆中木质素降解率分别达到35.50%和35.01%。该菌株与其他降解纤维素能力较强的菌株共同发酵,会对木质纤维素类物质有更高降解率。该菌株在生物转化木质纤维素类物质方面,具有一定的潜在应用价值。     

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

【目的】筛选高效降解木质素的菌株,并研究其以玉米秸秆为底物时木素降解酶活性。【方法】本研究以愈创木酚培养基和苯胺蓝培养基从吉林省不同经纬度的自然朽木及腐朽玉米秸秆土壤样品中分离、筛选得到高效降解木质素的菌株,并对其形态学鉴定,通过ITS序列分析构建系统发育树,分析菌株的分类地位。通过秸秆固体发酵过程产生的胞外木质素酶的活性分析,选出高效秸秆降解菌。【结果】筛选出1株高效降解秸秆的真菌,对其进行形态学特征和ITS序列分析,命名为白囊耙齿菌W2(Irpex lacteus W2)。该菌株在4–8 d内产生的锰过氧化物酶(Manganese peroxidase)呈上升趋势,并且在8 d达到峰值86.31 U/mL,与黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)的最高酶活力45.86 U/mL相比,高出了88.20%(P0.01);该菌株的漆酶(Laccase)活力8 d时达到20.60 U/mL,比对照高40.76%(P0.05)。【结论】本研究分离到一株具有较强降解秸秆能力的真菌,初步鉴定为Irpex lacteus W2,具有较强的降解秸秆能力,其降解秸秆过程中产生较高的锰过氧化物酶与漆酶活力。     

低温复配菌系对玉米秸秆的降解特性及稳定性

针对我国北方地区冬季还田秸秆腐解慢导致的出苗率降低及病虫害加重等问题,探究外源促腐微生物在低温条件下对玉米秸秆的降解特性,为低温秸秆降解复配菌系的大田应用提供数据支持.本研究利用单菌株 Achromobacter deleyi(A3)、Pseudomonas plecoglossicida(A4)、Aspergillu...     

低温秸秆降解复合微生物菌剂的研究进展

我国东北地区冬季寒冷,秸秆产量巨大,但综合利用率较低,利用高酶活性微生物将低温环境中的秸秆降解变废为宝,是一项循环利用的有效途径。研究表明,通过生物学技术手段,筛选高酶活性菌株,深入研究降解机理,优化功能微生物培养条件,提高纤维素酶活性,是提高降解率,秸秆资源化利用的最佳途径。复合微生物菌剂产生的酶活值普遍高于单一微生物菌,真菌菌丝体产生的酶活值高于细菌。实际应用中,选择适合的复合菌剂是低温环境下提高秸秆降解效率的有效途径。系统地归纳了低温条件下降解秸秆的微生物技术、分析了不同条件下降解秸秆的菌株类型和促进秸秆纤维素降解菌酶活力特征、并总结了低温环境下生物菌剂降解秸秆的技术应用效果,旨为低温环境下秸秆的资源化利用提供一定的技术参考。     

三株高效秸秆纤维素降解真菌的筛选及其降解效果

【目的】利用多种筛选方法,获得高效秸秆纤维素降解真菌,并研究其秸秆纤维素的降解能力。【方法】采用滤纸片孔洞法、滤纸条降解法、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)水解圈测定法、秸秆失重法、纤维素分解率测定法、胞外酶活测定法等常规秸秆纤维素降解菌的筛选方法。【结果】筛选到3株具有较强纤维素降解能力的真菌菌株,经初步鉴定菌株98MJ为草酸青霉(Penicillium oxalicum)、菌株W3为木霉(Trichoderma sp.)、菌株W4为扩张青霉(Penicillium expansum)。菌株W4具有非常强的秸秆纤维素降解能力,10d内对秸秆的降解率可达56.3%,对纤维素、半纤维素和木质素的分解率分别为59.06%、78.75%和33.79%。菌株W4的胞外纤维素酶活力在14.25-49.75U/mL之间。【结论】筛选获得3株高效秸秆纤维素降解真菌菌株,其中菌株W4的纤维素酶活高于已报道的菌株,是一株十分具有研究开发潜力的纤维素酶生产菌株。     

采自武夷山高温木质素降解菌优良菌株筛选及其木质素降解效果测定

本文旨在筛选能够高效降解秸秆木质素的高温真菌。对来自福建武夷山的农田土壤进行富集,采用苯胺蓝、愈创木酚和α-萘酚3种筛选平板结合木质素磺酸钙降解试验筛选木质素高温降解菌,采用范氏洗涤剂法测定一株高效降解菌对秸秆木质素的降解效果;最后以经典形态学和多基因分子系统学相结合的方法对该菌株进行鉴定。结果表明：经钓饵法,分离获得8株高温菌;通过初筛和复筛,获得了1株较好的木质素高温降解菌A12638H;将其用于降解水稻秸秆和玉米秸秆,发现木质素降解率分别达到41.7%和48.3%;该菌株经鉴定为大孢戴氏霉Taifanglania major。菌株A12638H具有很好的应用价值,值得在秸秆资源的开发利用中开展更深入的研究。     

一株玉米秸秆纤维素降解放线菌的筛选、鉴定及酶学特性研究

为解决玉米秸秆固废污染和秸秆资源有效利用问题，采用刚果红染色法（水解圈法）和3，5-二硝基水杨酸（DNS）法从玉米秸秆还田土壤中筛选到一株纤维素降解菌，并对该微生物进行生理生化和分子生物学鉴定，发现该菌株降解纤维素效果较好，经鉴定该菌株为纤维素链霉菌（Streptomyces cellulosae），命名为SJS-15，并对该菌株的酶学特性及纤维素降解能力进行了初步研究。结果表明，菌株SJS-15在发酵培养基中的纤维素酶活（CMC）峰值为30.5 U/mL，最适反应pH为6.0，滤纸酶活（FPA）峰值为25 U/mL，最适反应pH为8.0，两种酶均能在温度20~60 ℃，pH 4.0~10.0范围内保持较高酶活性。纤维素分解实验表明菌株SJS-15对玉米秸秆和滤纸有分解能力，40 d时对玉米秸秆降解率为35.6%（质量分数，下同），对滤纸降解率为18.6%。扫描电镜结果显示经菌株处理的玉米秸秆较对照有明显降解痕迹。菌株SJS-15具有良好的抗逆性和玉米秸秆纤维素分解能力，可作为玉米秸秆还田和堆肥发酵的高效菌株进行进一步研究。     

转Bt基因玉米根际土壤及秸秆残体中

采用ELISA法研究了田间种植条件下转Bt基因玉米MON810生育期根际土壤及还田秸秆中Cry1Ab蛋白的田间残留降解动态,并分别用移动对数模型、指数模型和双指数模型对秸秆分解释放Cry1Ab蛋白的田间降解动态进行拟合,估算了DT₅₀和DT₉₀值. 结果表明: Bt玉米不同生育期根际土壤中Cry1Ab蛋白含量差异较大,但总体随生育期的延长而显著降低. 收获后地表覆盖和埋入土壤两种秸秆还田方式下,秸秆中Cry1Ab蛋白在土壤中的降解规律基本一致,均呈现前期大量快速降解,中后期极少量稳定降解两个阶段. 秸秆还田7 d内,地表覆盖处理的Cry1Ab蛋白降解率均极显著高于埋入土壤处理;10 d时两处理的降解率基本一致,分别为88.8%和88.6%;20 d后,两处理秸秆中Cry1Ab蛋白的降解日趋缓慢;至180 d时仍能检测到少量的Cry1Ab蛋白. 3种模型均能较好地反映秸秆中Cry1Ab蛋白的田间降解规律,从相关系数(R)及DT₉₀值与实测值的吻合程度来看,双指数模型最优.     

转Bt基因玉米根际土壤及秸秆残体中Cry1Ab蛋白含量动态

采用ELISA法研究了田间种植条件下转Bt基因玉米MON810生育期根际土壤及还田秸秆中Cry1Ab蛋白的田间残留降解动态,并分别用移动对数模型、指数模型和双指数模型对秸秆分解释放Cry1Ab蛋白的田间降解动态进行拟合,估算了DT5o和DT90值.结果表明:Bt玉米不同生育期根际土壤中Cry1 Ab蛋白含量差异较大,但总体随生育期的延长而显著降低.收获后地表覆盖和埋入土壤两种秸秆还田方式下,秸秆中Cry1Ab蛋白在土壤中的降解规律基本一致,均呈现前期大量快速降解,中后期极少量稳定降解两个阶段.秸秆还田7d内,地表覆盖处理的Cry1Ab蛋白降解率均极显著高于埋入土壤处理;10 d时两处理的降解率基本一致,分别为88.8％和88.6％;20 d后,两处理秸秆中Cry1Ab蛋白的降解日趋缓慢;至180 d时仍能检测到少量的Cry1Ab蛋白.3种模型均能较好地反映秸秆中Cry1Ab蛋白的田间降解规律,从相关系数(R)及DTgo值与实测值的吻合程度来看,双指数模型最优.     

黑龙江不同玉米秸秆还田方式下土壤动物群落结构及其对秸秆降解的影响

以黑龙江省海伦市典型黑土耕地为试验样区,研究黑土区不同秸秆还田方式下土壤动物群落结构特征及其在秸秆降解中的作用。实验选取6目、30目、260目降解袋,设置5个处理:17kg玉米秸秆+2kg水还田+含微生物100%浓度催腐剂(样方A)、8.5kg玉米秸秆+1kg水还田+含微生物50%浓度催腐剂(样方B)、原始样方(样方C)、8.5kg玉米秸秆+1kg水还田(样方D)、17kg玉米秸秆+2kg水还田(样方E),并于2009—2011每年9月份测定不同样方的玉米秸秆降解率和微生物数量。结果表明:所有样方累积秸秆降解率都达55%以上,秸秆降解率从高到低排序依次为:样方A>样方B>样方C>样方D>样方E;对秸秆降解起主要作用的动物类群为中小型土壤动物中的甲螨亚目、中气门亚目和节跳虫科,约占土壤动物个体数的86.70%;不同处理样方中,土壤动物群落结构相似;相同处理样方中,不同规格的降解袋中土壤动物个数与类群差异显著(P<0.001);不同孔径降解袋中土壤动物的个数、类群数、多样性基本都与秸秆降解率呈正相关,进一步表明土壤动物对秸秆降解具有促进作用。