CN106834170A - 一种降解农业废弃物的复合菌剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降解农业废弃物的复合菌剂，属于微生物技术领域，所述菌剂的活性成分是从白蚁肠道、秸秆堆肥和中国南海底泥等环境中分离出来的以下菌株：肠杆菌(Enterobacter sp.)YC105C，丛毛单胞菌 (Comamonas serinivorans) C35，红球菌(Rhodococcussp. )L17，芽孢杆菌(Bacillus ligniniphilus) L1；该复合菌剂各组分浓缩菌粉的质量百分比为：肠杆菌20%‑30%，丛毛单胞菌30%‑40%，红球菌10%‑20%，芽孢杆菌20%‑40%；所述复合菌剂可分解小麦秸秆、玉米秸秆和毛豆杆等农业废弃物，增加秸秆还田的数量，提高耕地质量从而促进农作物的生长。

Description

一种降解农业废弃物的复合菌剂
技术领域
本发明涉及一种降解农业废弃物的复合菌剂，属于微生物技术领域。
背景技术
中国是一个农业大国，随着种植及栽培技术的不断提高，粮食产量逐年增加，同时也产生了大量的农作物秸秆。过去相当长的一段时间内，秸秆都以直燃的方式作为能源使用，而随着农村经济的发展及薪柴结构的改善，农村能源消费中秸秆利用的数量越来越少，更多的秸秆成为废弃物。这些废弃的秸秆在田间随意堆弃或就地焚烧，造成了严重的环境污染和巨大的资源浪费，因此秸秆还田越来越受到重视。作物秸秆原位还田，不仅可以提高秸秆的综合利用率，而且可以提高土壤肥力、培肥改土。然而我国北方秋冬季节气温低、冰期长、冻土层厚、气候干旱冷凉，秸秆进入土壤后，腐解缓慢，还田几个月后秸秆变化不大。由于不能及时腐解，大量秸秆还田后影响农田土壤整地和作物的播种，使一些病虫和病原菌在土壤中长时间存活，给作物生长带来严重的危害。如果还田秸秆的大部分在短时间内腐解，不仅不会影响作物的生根及成活，而且还能提高产量，推广的意义非常重大。因此，综合利用农业副产物对支撑经济发展具有很大的意义。
目前秸秆的处理方法主要有物理法、化学法和生物法。其中物理方法包括机械法（超微粉碎，蒸汽爆破、氨冷冻爆破和挤压膨化等）和射线照射法（微波热解、电子束辐照处理）；化学方法包括稀酸处理、碱化处理、氨化处理、氨碱复合处理和氧化处理；生物法包括青贮、微贮和酶解。对秸秆进行综合利用的方法已进行了几十年的研究，但仍存在许多问题，如物理法有高能耗的挑战，化学法会造成二次污染，而生物法虽对环境友好但存在效率低的问题。为了提高秸秆降解效率，科学家们对秸秆降解微生物菌剂进行了大量研究，并获得了多种降解秸秆纤维素、木质素的菌株，但目前研究获得的菌株存在酶活低、稳定性差、易退化、特别是耐冷性弱等问题并未显著提高还田效果，因而选育耐低温高效降解秸秆的菌株对进一步有效利用农作物秸秆具有非常重要的意义。本发明根据中国土壤的特点，发明了在较低温度下能够降解秸秆的复合微生物菌剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可降解农业废弃物的复合微生物菌剂，从而减少环境污染，促进生物质能源的再生利用。
本发明提供一种通过协同促进作用能够达分解农业废弃物的复合菌剂，该复合菌剂包括：肠杆菌、丛毛单胞菌、红球菌和芽孢杆菌。由该组菌株制成的复合菌剂加入到农业废弃物中，能够在较低温度下分解农业废弃物。
本发明优选的微生物复合菌剂组分：肠杆菌、丛毛单胞菌、红球菌、芽孢杆菌，更具体的，为肠杆菌(Enterobacter sp. )YC105C CGMCC No.8941、丛毛单胞菌(Comamonas serinivorans) C35 JCM No. 18194、红球菌(Rhodococcus sp. )L17 CGMCC No.8943、芽孢杆菌(Bacillus ligniniphilus) L1 JCM No. 18543。该复合菌剂对秸秆的降解效率明显高于单一纯菌。
上述菌种均由本发明申请人筛选并已经公开，为本领域技术人员可得到的公知材料。
本发明的微生物复合制剂各组分都是通过高密度液体发酵，通过发酵工艺后处理技术，制成含量高达1010-1012CFU/g的超浓缩菌粉。
上述复合微生物菌剂各组分浓缩菌粉的质量百分比为：肠杆菌20%-30%，丛毛单胞菌30%-40%，红球菌10%-20%，芽孢杆菌20%-40%。
将上述制得的菌粉按一定比例混合后，采用聚乙烯醇水溶性包装薄膜进行包装。
本发明的有益效果：
农作物秸秆中富含纤维素、半纤维素及木质素等结构复杂的有机物，本发明对秸秆未采用任何预处理而是只接种了复合微生物菌剂进行了一步处理，破坏了秸秆难消化的细胞壁结构，使与木质素交联在一起的纤维素和半纤维素游离出来，另一方面又使秸秆细胞壁内可利用的碳水化合物和其他营养物质暴露出来，因此产物中富含粗糖、粗蛋白及其它微量元素，可作为有机肥料还田，取代了传统化肥，避免了传统化肥带来的土壤板结等问题，提高了土壤的理化性质，且使得秸秆变得对动物适口性好，易于被家畜、家禽消化，节约资源的同时也促进了畜牧业的发展，具有较显著的经济效益和社会效益。
其次，本发明是针对木质纤维素分解菌依赖高温才具备高效分解纤维素的局限，在较低温度(10-25°C)条件下驯化菌群，最终获得一组在低温条件下具备较高分解能力的菌群，且菌群组成和性状稳定，对秸秆的降解效率明显高于单一纯菌。
具体实施方式
本发明所涉及的各组分比例作为参考，并不限制于本发明范围。相关技术人员可根据具体情况而灵活修改，通过以下的实施例对本发明进行具体说明。
实施例1：复合菌剂制备过程
一种微生物复合菌剂，由肠杆菌(Enterobacter sp. )、丛毛单胞菌(Comamonas serinivorans)、红球菌(Rhodococcus sp. )和芽孢杆菌(Bacillus ligniniphilus)组成。
其中各组分所占质量百分比为：肠杆菌20%-30%，丛毛单胞菌30%-40%，红球菌10%-20%，芽孢杆菌20%-40%。
其中，本实施例中所述肠杆菌(Enterobacter sp. )YC105C，已于 2014 年 3 月20 日保藏于中国普通微生物菌种保藏中心，保藏编号为 CGMCC No.8941，并已申请专利（申请号201510010882.4）。
丛毛单胞菌(Comamonas serinivorans) C35，于 2014年4月15日保藏于日本微生物菌种保藏中心，保藏编号为JCM No. 18194，其分离筛选和鉴定过程详见文章（D Zhu，CXie，Y Huang，J Sun，W Zhang. Description of Comamonas serinivorans sp. nov.,isolated from wheat straw compost. International Journal of Systematic &Evolutionary Microbiology. DOI：10.1099/ijs.0.066688-0）。
红球菌(Rhodococcus sp. )L17，已于 2014年3月20日保藏于中国普通微生物菌种保藏中心，保藏编号为 CGMCC No.8943，并已申请专利（申请号201510010883.9）。
芽孢杆菌(Bacillus ligniniphilus) L1，于 2013 年10月1日保藏于日本微生物菌种保藏中心，保藏编号为JCM No. 18543，其分离筛选和鉴定过程详见文章（Zhu D ,Tanabe SH , Xie C , Honda D ,Sun J ,Ai L. Bacillus ligniniphilus sp. nov., analkaliphilic and halotolerant bacterium isolated from sediments ofthe SouthChina Sea. International Journal of Systematic & Evolutionary Microbiology.DOI：10.1099/ijs.0.058610-0）。
上述菌种均由本发明申请人筛选并已经公开，为本领域技术人员可得到的公知材料。
将上述各微生物分别通过高密度液体发酵，通过发酵工艺后处理技术，制成芽孢含量高达1010-1012CFU/g 的超浓缩菌粉。然后将各超浓缩菌粉按照以下比例混合配制：肠杆菌20%-30%，丛毛单胞菌30%-40%，红球菌10%-20%，芽孢杆菌20%-40%。
将上述制的的菌粉按一定比例混合后，采用聚乙烯醇水溶性包装薄膜进行包装。
实施例2：降解玉米秸秆的复合菌剂
按质量百分比肠杆菌25%，丛毛单胞菌35%，红球菌20%，芽孢杆菌20%比例混合的复合微生物菌剂0.5g接种至玉米秸秆降解培养基中，25℃静置培养30 d，检测剩余秸秆的质量、培养基中还原糖和粗蛋白的含量，并将纯红球菌菌剂0.5g接种后相同条件下培养作为对比。
玉米秸秆降解培养基的组分为 ：K2HPO4 1.0 g， MgSO4 •7H2O 0.3 g，NaCl 0.1g，FeCl3 0.01g，CaCl2 0.1 g，玉米秸秆5 g，蒸馏水1000mL，pH自然。
秸秆失重率的测定方法：小心弃去培养液的上清，将剩余秸秆用稀盐酸反复冲洗数次，再用无菌水反复冲洗直至中性，过滤，60°C烘干至恒重并称其质量，计算失重率。
还原糖含量的测定方法：采用国标法GB5009.7-85
粗蛋白含量的测定方法：采用VELP-UDK 159全自动凯氏定氮仪
降解效果如表1所示，在培养30d后，纯菌种红球菌和复合菌剂对玉米秸秆的失重率在培养分别达到了32%，62%。复合菌剂的降解效率明显高于单菌红球菌，且生成的还原糖和粗蛋白分别是单菌的2.9倍和1.6倍。
表1.纯菌种红球菌和复合菌剂对玉米秸秆的降解效果对比
实施例3：降解小麦秸秆的复合菌剂
按质量百分比杆菌20%，丛毛单胞菌40%，红球菌15%，芽孢杆菌25%比例混合的复合微生物菌剂0.7g接种至小麦秸秆降解培养基中，20℃静置培养30 d。并将纯肠杆菌菌剂0.7g作为对比。
小麦秸秆降解培养基的组分为 ：K2HPO4 1.0 g， MgSO4 •7H2O 0.3 g，NaCl 0.1g，FeCl3 0.01g，CaCl2 0.1 g，小麦秸秆8 g，蒸馏水1000mL，pH自然。
其余方法同实施例2。
降解效果如表2所示，在培养30d后，纯菌种肠杆菌和复合菌剂对玉米秸秆的失重率在培养分别达到了29%，46%。复合菌剂的降解效率明显高于单菌肠杆菌，且生成的还原糖和粗蛋白都是单菌的1.6倍。
表2. 纯菌种肠杆菌和复合菌剂对玉米秸秆的降解效果对比
实施例4：降解毛豆杆的复合菌剂
按质量百分比肠杆菌30%，丛毛单胞菌30%，红球菌20%，芽孢杆菌20%比例混合的复合微生物菌剂0.8g接种至毛豆秆降解培养基中，15℃静置培养30 d。并将纯丛毛单胞菌菌剂0.8g作为对比。
毛豆秆降解培养基的组分为 ：K2HPO4 1.0 g， MgSO4 •7H2O 0.3 g，NaCl 0.1 g，FeCl3 0.01g，CaCl2 0.1 g，毛豆秆6 g，蒸馏水1000mL，pH自然。
其余方法同实施例2。
降解效果如表3所示，在相对较低的培养30d后，纯菌种丛毛单胞菌和复合菌剂对玉米秸秆的失重率在培养分别达到了27%，48%。复合菌剂的降解效率明显高于单菌丛毛单胞菌，且生成的还原糖和粗蛋白分别是单菌的1.9倍和2.8倍。
表3. 纯菌种丛毛单胞菌和复合菌剂对玉米秸秆的降解效果对比
实施例5：降解混合农作物秸杆的复合菌剂
按质量百分比肠杆菌20%，丛毛单胞菌30%，红球菌15%，芽孢杆菌35%比例混合的复合微生物菌剂10g接种至混合农作物秸杆秆降解培养基中，18℃静置培养15d和30d，检测剩余秸秆的质量。
混合农作物秸杆降解培养基的组分为 ：K2HPO4 1.0 g， MgSO4 •7H2O 0.3 g，NaCl0.1 g，FeCl3 0.01g，CaCl2 0.1 g，玉米秸秆3g，小麦秸秆5g，毛豆秆2 g，蒸馏水1000mL，pH自然。
混合农作物秸杆降解率的测定方法：小心弃去培养液的上清，将剩余秸秆用稀盐酸反复冲洗数次，再用无菌水反复冲洗直至中性，过滤，60°C烘干至恒重并称其质量，计算失重率。
失重率=(初始质量-残体质量)/初始质量×100%
混合农作物秸杆的失重率在培养15 d和30 d时分别达到46%，65%。

Claims (7)

1.一种复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂成分包括肠杆菌、丛毛单胞菌、红球菌、芽孢杆菌。
2.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂各成分所占质量百分比为：肠杆菌20%-30%，丛毛单胞菌30%-40%，红球菌10%-20%，芽孢杆菌20%-40%。
3.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂各成分为含量高达1010-1012CFU/g的超浓缩菌粉。
4. 根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂的成分具体为肠杆菌(Enterobacter sp. )YC105C CGMCC No.8941、丛毛单胞菌(Comamonas serinivorans) C35 JCM No. 18194、红球菌(Rhodococcus sp. )L17 CGMCC No.8943、芽孢杆菌(Bacillus ligniniphilus) L1 JCM No. 18543。
5.根据权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂采用水溶性包装薄膜包装。
6.权利要求1所述的复合微生物菌剂在降解农业废弃物中的应用。
7.权利要求6所述的应用，其特征在于，所述农业废弃物为小麦秸秆、玉米秸秆、毛豆杆或其任意混合物。
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