CN108456643A - 一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法 - Google Patents

一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，包括：秸秆预处理、制备培养基、筛选，首先将玉米秸秆经剪切后先后用氢氧化钠溶液与清水浸泡，烘干待用，然后以蛋白胨、纤维素、NaCl、CaCO3、酵母、调节剂制备培养基，从常年种植玉米的农田土壤中取样置于培养基中培养，选取分解玉米秸秆和滤纸能力强的培养物继续培养，然后混合复合菌群后培养得到目标复合菌剂，保藏处理。有益效果为：复合菌剂对玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.0%，85.1%和34.4%，其对玉米秸秆的高效降解可以使复合菌剂作为玉米秸秆饲料化与肥料化的高效率降解剂，具有较大的经济价值。

Description

一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法
技术领域
本发明涉及农作物废弃物降解领域，尤其是涉及一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法。
技术背景
秸秆通常占作物生物量的50%以上，是极为丰富且能直接利用的可再生有机资源。我国每年生产约７亿ｔ农作物秸秆，其中玉米秸秆产量达到22156万ｔ，约占我国农作物秸秆总产量的30%。然而玉米秸秆只有极小部分被用于生物能源、工业原料、饲料化利用、食用菌基料，大部分被废弃或田间焚烧，这不仅造成了资源浪费，而且引起环境污染。随着农业机械化的发展，秸秆还田是增加土壤有机质含量、全面提升地力的有效途径，秸秆还田增加了土壤有机质的含量，改善了土壤理化性状，对促进农业的可持续发展起到重要作用。我国约有3899万ｔ玉米秸秆被直接还田，占玉米秸秆资源总量的17.6%，但在我国北方春玉米区秋收后面临冬季气温低等实际问题，玉米秸秆粉碎深翻还田后腐解速率慢、分解周期长、降解效果差，直接还田影响土壤墒情和耕作以及后季作物生长，严重影响种植区玉米秸秆还田的实施。东北地区玉米秸秆直接还田比例仅为11.2％，内蒙古地区秸秆还田比例不足10％。如何使大量的北方春玉米秸秆还田后快速高效腐解，形成高质量的腐解产物，提高玉米秸秆资源利用效率进而提升土壤肥力是实现玉米生产可持续发展的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，本制备方法简单易行，从玉米田土壤中筛选出高降解率的复合菌剂，微生物的降解效率与筛分效率较快。
本发明针对背景技术中提到的问题，采取的技术方案为：一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，包括：秸秆预处理、制备培养基、筛选，具体包括以下步骤：
秸秆预处理：取收割成熟的干玉米秸秆，剪成4-6cm长的小段，然后纵向切丝，放入容器中用1.5-3.4％的氢氧化钠溶液浸泡48-96小时，再用清水浸泡1-2天，用自来水反复冲洗至洗涤液为中性，70-80℃烘干备用；碱液可以使玉米秸秆纤维内部的氢键结合变弱，使纤维素膨胀，溶解半纤维素和一部分木质素，使不易消化分解的木质素变为易分解的羟基木质素，撕裂纤维素与木质素的复合物，让纤维素吸水膨胀，使植物细胞间的镶嵌物质与细胞壁松散，从而提高秸秆的可消化率；
制备培养基：蛋白胨纤维素培养基的组成：蛋白胨5.0-10.0g、纤维素5.0-6.0g、NaCl3.0-5.0g、CaCO32.0-2.2g、酵母1.0-1.5g、调节剂0.02-0.03g，纤维素为新华滤纸和碱液处理过的玉米秸秆；上述所有成分溶解在1L水中，pH自然，121-122℃、1.0-1.5×105Pa灭菌25-30分钟即得培养基；培养基为玉米土壤中的微生物群落提供丰富的碳源和氮源，可以使微生物迅速进入生长旺盛的阶段，加快进入对玉米秸秆纤维素、半纤维素、木质素的降解阶段，提高微生物菌剂的筛选效率；
筛选：从常年种植玉米的农田土壤中取样，将5.0-5.5g土壤样品加入三角瓶中，加入100-110mL配置好的培养基和1g处理过的玉米秸秆，放入滤纸作为分解的外观指标，在28-30℃静止培养；待滤纸分解后，取5-6mL培养液加入到同样的培养基中，一直继代培养，淘汰分解力弱的，留下分解能力强的培养物，直到10-15代以后，选取3-5组分解能力强的复合菌群，混合后继续培养4-5代，得到分解能力强的复合菌剂保藏处理；以纤维素降解率为筛选主要指标，得到一组高效纤维素分解复合菌剂，复合菌剂对木质纤维素最适的分解温度为30℃，pH值为8，此时滤纸和玉米秸秆的降解率分别达到了66.5%和66.1%，玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.0%，85.1%和34.4%，其对玉米秸秆的高效降解可以使复合菌剂作为玉米秸秆饲料化与肥料化的高效率降解剂，具有较大的经济价值。
作为优选，调节剂是重量比为8.9-9.05:1的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇；调节剂特定配比的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇可以产生协同增益作用，该协同增益作用能够促进微生物分泌更多的乙酰辅酶A，从而对微生物的三羧酸循环产生有益作用，增强微生物的三羧酸循环运行效率，进而提高微生物的能量转换效率，有利于促进微生物的生长繁殖，进而改善菌剂的微生态结构，提高降解效率与筛分效率。
作为优选，复合菌剂的保藏pH值为8.1-8.2，含水量为1.40-1.42%，保藏湿度为9-10%，保藏温度为13-15℃；该保藏条件下，复合菌剂的形状保存最好，其降解玉米秸秆的效率最高。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1）调节剂特定配比的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇可以产生协同增益作用，该协同增益作用能够促进微生物分泌更多的乙酰辅酶A，从而对微生物的三羧酸循环产生有益作用，增强微生物的三羧酸循环运行效率，进而提高微生物的能量转换效率，有利于促进微生物的生长繁殖，进而改善菌剂的微生态结构，提高降解效率与筛分效率；2）复合菌剂对木质纤维素最适的分解温度为30℃，pH值为8，此时滤纸和玉米秸秆的降解率分别达到了66.5%和66.1%，玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.0%，85.1%和34.4%，其对玉米秸秆的高效降解可以使复合菌剂作为玉米秸秆饲料化与肥料化的高效率降解剂，具有较大的经济价值。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方案作进一步说明：
实施例1：
一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，包括以下步骤：
1）秸秆预处理：取收割成熟的干玉米秸秆，剪成4cm长的小段，然后纵向切丝，放入容器中用1.5％的氢氧化钠溶液浸泡48小时，再用清水浸泡1天，用自来水反复冲洗至洗涤液为中性，70℃烘干备用；碱液可以使玉米秸秆纤维内部的氢键结合变弱，使纤维素膨胀，溶解半纤维素和一部分木质素，使不易消化分解的木质素变为易分解的羟基木质素，撕裂纤维素与木质素的复合物，让纤维素吸水膨胀，使植物细胞间的镶嵌物质与细胞壁松散，从而提高秸秆的可消化率；
2）制备培养基：蛋白胨纤维素培养基的组成：蛋白胨5.0g、纤维素5.0g、NaCl3.0g、CaCO32.0g、酵母1.0g、调节剂0.02g，调节剂是重量比为8.9:1的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇，纤维素为新华滤纸和碱液处理过的玉米秸秆；上述所有成分溶解在1L水中，pH自然，121℃、1.0×105Pa灭菌25-30分钟即得培养基；培养基为玉米土壤中的微生物群落提供丰富的碳源和氮源，可以使微生物迅速进入生长旺盛的阶段，加快进入对玉米秸秆纤维素、半纤维素、木质素的降解阶段，提高微生物菌剂的筛选效率；
3）筛选：从常年种植玉米的农田土壤中取样，将5.0g土壤样品加入三角瓶中，加入100mL配置好的培养基和1g处理过的玉米秸秆，放入滤纸作为分解的外观指标，在28℃静止培养；待滤纸分解后，取5mL培养液加入到同样的培养基中，一直继代培养，淘汰分解力弱的，留下分解能力强的培养物，直到10代以后，选取3组分解能力强的复合菌群，混合后继续培养4代，得到分解能力强的复合菌剂保藏处理，复合菌剂的保藏pH值为8.1，含水量为1.40%，保藏湿度为9%，保藏温度为13℃；以纤维素降解率为筛选主要指标，得到一组高效纤维素分解复合菌剂，复合菌剂对木质纤维素最适的分解温度为30℃，pH值为8，此时滤纸和玉米秸秆的降解率分别达到了66.5%和66.1%，玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.0%，85.1%和34.4%，其对玉米秸秆的高效降解可以使复合菌剂作为玉米秸秆饲料化与肥料化的高效率降解剂，具有较大的经济价值。
实施例2：
一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，包括以下步骤：
1）取收割成熟的干玉米秸秆，剪成6cm长的小段，然后纵向切丝，放入容器中用3.4％的氢氧化钠溶液浸泡96小时，再用清水浸泡2天，用自来水反复冲洗至洗涤液为中性，80℃烘干备用；2）蛋白胨纤维素培养基的组成：蛋白胨10.0g、纤维素6.0g、NaCl 5.0g、CaCO32.2g、酵母1.5g、调节剂0.03g，调节剂是重量比为9.05:1的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇，纤维素为新华滤纸和碱液处理过的玉米秸秆；上述所有成分溶解在1L水中，pH自然，122℃、1.5×105Pa灭菌30分钟即得培养基；3）从常年种植玉米的农田土壤中取样，将5.5g土壤样品加入三角瓶中，加入110mL配置好的培养基和1g处理过的玉米秸秆，放入滤纸作为分解的外观指标，在30℃静止培养；待滤纸分解后，取6mL培养液加入到同样的培养基中，一直继代培养，淘汰分解力弱的，留下分解能力强的培养物，直到15代以后，选取5组分解能力强的复合菌群，混合后继续培养5代，得到分解能力强的复合菌剂保藏处理，复合菌剂的保藏pH值为8.2，含水量为1.42%，保藏湿度为10%，保藏温度为15℃。
实施例3：
一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，包括：秸秆预处理、制备培养基、筛选，具体包括以下步骤：
秸秆预处理：取收割成熟的干玉米秸秆，剪成5cm长的小段，然后纵向切丝，放入容器中用2.5％的氢氧化钠溶液浸泡72小时，再用清水浸泡1天，用自来水反复冲洗至洗涤液为中性，72℃烘干备用；碱液可以使玉米秸秆纤维内部的氢键结合变弱，使纤维素膨胀，溶解半纤维素和一部分木质素，使不易消化分解的木质素变为易分解的羟基木质素，撕裂纤维素与木质素的复合物，让纤维素吸水膨胀，使植物细胞间的镶嵌物质与细胞壁松散，从而提高秸秆的可消化率；
制备培养基：蛋白胨纤维素培养基的组成：蛋白胨6.5g、纤维素5.5g、NaCl4.5g、CaCO32.1g、酵母1.4g、调节剂0.025g，调节剂是重量比为9.0:1的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇，纤维素为新华滤纸和碱液处理过的玉米秸秆；上述所有成分溶解在1L水中，pH自然，121℃、1.3×105Pa灭菌28分钟即得培养基；培养基为玉米土壤中的微生物群落提供丰富的碳源和氮源，可以使微生物迅速进入生长旺盛的阶段，加快进入对玉米秸秆纤维素、半纤维素、木质素的降解阶段，提高微生物菌剂的筛选效率；
筛选：从常年种植玉米的农田土壤中取样，将5.0g土壤样品加入三角瓶中，加入100mL配置好的培养基和1g处理过的玉米秸秆，放入滤纸作为分解的外观指标，在28℃静止培养；待滤纸分解后，取5mL培养液加入到同样的培养基中，一直继代培养，淘汰分解力弱的，留下分解能力强的培养物，直到12代以后，选取4组分解能力强的复合菌群，混合后继续培养4代，得到分解能力强的复合菌剂保藏处理，复合菌剂的保藏pH值为8.1，含水量为1.40-%，保藏湿度为9.5%，保藏温度为14℃；以纤维素降解率为筛选主要指标，得到一组高效纤维素分解复合菌剂，复合菌剂对木质纤维素最适的分解温度为30℃，pH值为8，此时滤纸和玉米秸秆的降解率分别达到了66.5%和66.1%，玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为17.0%，85.1%和34.4%，其对玉米秸秆的高效降解可以使复合菌剂作为玉米秸秆饲料化与肥料化的高效率降解剂，具有较大的经济价值。
本发明操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：
秸秆预处理：取收割成熟的干玉米秸秆，剪成4-6cm长的小段，然后纵向切丝，放入容器中用氢氧化钠溶液浸泡，再用清水浸泡1-2天，用自来水反复冲洗至洗涤液为中性，70-80℃烘干备用；
制备培养基：蛋白胨纤维素培养基的组成：蛋白胨、纤维素、NaCl、CaCO3、酵母、调节剂，纤维素为新华滤纸和碱液处理过的玉米秸秆；上述所有成分溶解在1L水中，pH自然，灭菌后即得培养基；
筛选：从常年种植玉米的农田土壤中取样，将5.0-5.5g土壤样品加入三角瓶中，加入100-110mL配置好的培养基和1g处理过的玉米秸秆，放入滤纸作为分解的外观指标，在28-30℃静止培养；待滤纸分解后，取5-6mL培养液加入到同样的培养基中，一直继代培养，淘汰分解力弱的，留下分解能力强的培养物培养，选取分解能力强的复合菌群，混合后继续培养，得到分解能力强的复合菌剂保藏处理。
2.根据权利要求1所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述秸秆预处理步骤中，氢氧化钠溶液的质量分数为1.5-3.4％，浸泡时间为48-96小时。
3.根据权利要求1所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述制备培养基步骤中，蛋白胨纤维素培养基的组成及其重量为：蛋白胨5.0-10.0g、纤维素5.0-6.0g、NaCl3.0-5.0g、CaCO32.0-2.2g、酵母1.0-1.5g、调节剂0.02-0.03g。
4.根据权利要求1或3所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述制备培养基步骤中的调节剂是重量比为8.9-9.05:1的乙酰柠檬酸三丁酯和（2R，4R）-戊二醇。
5.根据权利要求1所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述制备培养基步骤中，培养基灭菌条件为：温度121-122℃，压强1.0-1.5×105Pa，灭菌时间为25-30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述筛选步骤中，培养10-15代后选取3-5组分解能力强的复合菌群。
7.根据权利要求1所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述筛选步骤中，复合菌群混合后继续培养4-5代，得到分解能力强的复合菌剂。
8.根据权利要求1所述的一种降解玉米杆的复合菌剂的制备方法，其特征在于：所述筛选步骤中，复合菌剂的保藏pH值为8.1-8.2，含水量为1.40-1.42%，保藏湿度为9-10%，保藏温度为13-15℃。
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CN110205260A (zh) * 2019-05-09 2019-09-06 山西省农业科学院农业环境与资源研究所 一种筛选用于降解废弃果枝的复合菌剂的方法
CN110951616A (zh) * 2019-11-30 2020-04-03 河北科技大学 一种纤维素的生物降解方法
CN111690588A (zh) * 2020-06-16 2020-09-22 吉林省农业科学院 一种秸秆降解产物制备培养基的方法

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