木霉菌和白腐菌對水稻秸稈降解的影響

高曉梅　劉曉輝　桓明輝　李楊　池景良

摘 要：通過差重法進(jìn)行定量測定，研究了康寧木霉和白腐菌株黃孢原毛平革菌對水稻秸稈降解的影響及其降解規(guī)律。結(jié)果表明：秸稈發(fā)酵過程中纖維素、半纖維素、本質(zhì)素在前28 d降解的很快，之后降解減緩。木霉菌和白腐菌配合使用降解效果最好，在70 d內(nèi)纖維素被降解3818%，半纖維素被降解5399%，木質(zhì)素被降解3391%。

關(guān)鍵詞：木霉菌；白腐菌；半纖維素；纖維素；木質(zhì)素；降解規(guī)律

中圖分類號：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2012）11-0078-03

Effects of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium

on Degradation of Rice Straw

Gao XiaoMei， Liu XiaoHui， Huan MingHui， Li Yang， Chi JingLiang

（Liaoning Institute of Microbiology， Chaoyang 122000， China）

Abstract The influences of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium on degradation of rice straw were studied， and also the degradation rules. The results showed that the cellulose， hemicellulose and lignin in rice straw degraded rapidly in the early 28 days and then slowed down. The effect of compound application of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium was the best， and in 70 days， the cellulose was degraded by 38.18%， while hemicelulose and lignin were degraded by 53.99% and 33.91% respectively.

Key words Trichoderma koningii； Phanerochaete chrysosporium； Cellulose； Hemicellulose； Lignin； Degradation rule

農(nóng)作物秸稈作為一種可再生資源，在我國具有分布廣、數(shù)量大、種類多、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。如何充分利用這些資源而又使環(huán)境不受污染，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)面臨的難題。農(nóng)作物秸稈主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三大組分組成，由于纖維素特別是木質(zhì)素難以被分解，影響其利用推廣。近幾十年來，國內(nèi)外科研人員雖然研究了一些物理、化學(xué)的秸稈利用方法，但都存在著利用不充分、成本高等問題。實(shí)踐表明，秸稈的生物法利用是最佳途徑，具有降解率高、安全環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)。自然界中許多微生物可以腐蝕和分解秸稈、樹葉及樹木等高纖維物質(zhì)，這些微生物包括細(xì)菌、霉菌、酵母菌及食用菌等。本試驗(yàn)應(yīng)用木霉菌和白腐菌研究其對半纖維素、纖維素和木質(zhì)素降解的影響，旨在為秸稈有效利用提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

11 材料

111 試驗(yàn)菌種 康寧木霉Trichoderma koningii，本實(shí)驗(yàn)室篩選保藏；黃孢原毛平革菌Phanero chaete chrysosporium，購于廣東省微生物研究所。

112 供試培養(yǎng)基配方 木霉菌培養(yǎng)基配方：玉米面2%，酵母膏1%，KH2PO4 005%，MgSO4 005%， CaCl2 002%，VB1 1片，定容至1 000 ml，pH=55。

白腐菌培養(yǎng)基配方：玉米面 3%，酵母膏05%，檸檬酸鈉 025%，KH2PO4 02%，MgSO4 005%，MnSO4 002%，CuSO4 001%，CaCl2 002%，VB1 1片，定容至1 000 ml，pH=45。

113 供試秸稈樣品 水稻秸稈來源于遼寧省朝陽市郊，風(fēng)干，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成40目左右的秸稈粉，烘干至恒重。

12 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

121 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 秸稈發(fā)酵試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理，即康寧木霉（處理1）、黃孢原毛平革菌（處理2）、康寧木霉+黃孢原毛平革菌（處理3）。

122 菌液培養(yǎng) 將康寧木霉和黃孢原毛平革菌分別在斜面固體土豆培養(yǎng)基上進(jìn)行種子活化，培養(yǎng)7 d，分別接入木霉菌和白腐菌液體培養(yǎng)基中，培養(yǎng)36 h，培養(yǎng)溫度為25℃，即得種子液。

123 秸稈發(fā)酵培養(yǎng) 分別稱取20 g秸稈粉加入到30個(gè)500 ml的三角瓶中，分別加入麩皮2 g、（NH4）2SO4 01 g和自來水60 ml，混勻，121～125℃滅菌30 min，處理1、處理2按10%的接種量接入種子液，30℃靜置培養(yǎng)。處理3先在固體發(fā)酵培養(yǎng)基中接種5%的白腐菌孢子懸浮液混勻，在30℃下培養(yǎng)3 d后，再接種5%的康寧木霉，30℃靜置培養(yǎng)。

124 秸稈發(fā)酵樣品 每7 d取固體發(fā)酵樣品，用500 ml、pH 50的醋酸-醋酸鈉緩沖液浸泡3 h，過濾，濾渣于60℃烘干，測定干重并用于測定其中纖維素、木質(zhì)素、半纖維素的含量。

125 試劑的配制 中性洗滌劑按Van Soest方法配制。2 mol/L鹽酸：167 ml濃鹽酸（比重119）用蒸餾水定容至1 000 ml；72%硫酸：665 ml濃硫酸（比重184）加入300 ml水中，冷卻至20℃，補(bǔ)加水至1 000 ml。其他試劑采用常規(guī)法配制。

126 差重法測定秸稈發(fā)酵物中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量 （1）稱取1000 g恒重的樣品，分別置于150 ml碘量瓶中，各加入100 ml中性洗滌劑，之后放入已沸的高壓鍋，100℃保溫1 h，取出用恒重過的耐酸過濾漏斗（重量為W01）過濾，濾渣熱水洗至濾液無中性洗滌劑且pH=70，再用丙酮洗2次，放入烘箱中烘干，稱量濾斗和樣品的總重（Wl），將濾渣在550℃馬福爐中灰化4 h，得灰分W。

（2）稱取1000 g同樣恒重干樣，放入150 ml的碘量瓶中，加入2 mol/L鹽酸溶液100 ml ，然后放入已沸的高壓鍋中，100℃準(zhǔn)確保溫50 min，用重量為W02的耐酸過濾坩堝過濾至中性，濾渣再依次用95%乙醇、無水乙醇和丙酮洗滌2次，耐酸砂芯坩堝和殘?jiān)?0℃烘箱中烘至恒重，為W2。

（3）將（2）中殘?jiān)B同砂芯坩堝放入150 ml燒杯中，加入72%的硫酸5 ml，室溫水解3 h后，再加水45 ml，室溫過夜，次日用砂芯坩堝過濾，用蒸餾水洗殘?jiān)翞V液pH=65～70，濾渣和平底砂芯坩堝在60℃下烘至恒重為W3。

（4）將殘?jiān)推降咨靶聚釄逶?50℃馬福爐中灰化4 h，干燥器中平衡至恒重，為W4。差重為W3- W4，灰分為W4-W02。按上述過程測定3個(gè)不同處理的樣品，每個(gè)樣品重復(fù)3次，測定后取平均值，且每7 d取樣測定一次。

127 計(jì)算方法 半纖維素的百分含量（%）=[（Wl- W01-W）-（W2- W02）]/1000×100；

纖維素的百分含量（%）=[ W2 -W3 –（W4-W02）]/1000×100；

木質(zhì)素的百分含量（%）=（ W3 –W4）/1000×100。

2 結(jié)果與分析

21 秸稈發(fā)酵過程中不同處理秸稈粉干重變化情況

從表1結(jié)果看出，秸稈粉發(fā)酵過程中失重明顯，三個(gè)處理分別失重699、1156、1205 g，失重率分別為3175%、5252%、5474%；處理3效果最佳。

表1 不同發(fā)酵時(shí)間樣品干重測定結(jié)果

（g）

處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 2201 2148 1995 1756 1625 1609 1598 1576 1541 1515 1502

2 2201 2071 1856 1489 1211 1158 1139 1118 1107 1069 1045

3 2201 1962 1731 1368 1105 1098 1079 1062 1043 1015 996

22 秸稈發(fā)酵過程中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素含量變化情況

從表2～表4結(jié)果看出，秸稈粉發(fā)酵過程中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素含量逐漸降低，前4周降解速度較快，之后逐漸變慢，但其含量仍不斷下降。三個(gè)處理比較而言，處理3降解效果最好，半纖維素含量降至1296%，纖維素含量降至1957%，木質(zhì)素含量降至893%；其次是處理2，最后是處理1。表明三個(gè)處理均對秸稈粉中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素有降解作用，且處理3效果最佳。

表2 不同發(fā)酵時(shí)間樣品半纖維素含量測定結(jié)果

（%）

處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 2817 2658 2347 2043 1802 1682 1545 1517 1501 1493 1486

2 2817 2638 2248 1899 1676 1561 1445 1408 1388 1365 1362

3 2817 2612 2098 1785 1551 1465 1394 1324 1308 1299 1296

表3 不同發(fā)酵時(shí)間樣品纖維素含量測定結(jié)果

（%）

處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 3166 3011 2931 2831 2766 2656 2606 2574 2548 2565 2559

2 3166 2981 2798 2502 2286 2203 2194 2165 2109 2089 2068

3 3166 2945 2763 2378 2158 2124 2103 2075 2014 1986 1957

表4 不同發(fā)酵時(shí)間樣品木質(zhì)素含量測定結(jié)果

（%）

處理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 1351 1326 1238 1107 1067 989 975 968 953 949 946

2 1351 1313 1224 1096 1005 953 949 922 911 903 902

3 1351 1308 1193 1045 964 928 924 913 908 898 893

23 秸稈經(jīng)發(fā)酵后半纖維素、纖維素、木質(zhì)素降解情況

從表5結(jié)果看出，處理3對秸稈中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素降解效果最佳，降解率分別達(dá)到5399%、3818%和3391%。 表5 發(fā)酵后半纖維素、纖維素、木質(zhì)素的降解率

（%）

處理 半纖維素 纖維素 木質(zhì)素

1 4724 1917 2997

2 5165 3468 3323

3 5399 3818 3391

3 結(jié)論與討論

31 秸稈中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素含量在發(fā)酵過程中不斷降低，添加菌液能夠有效分解秸稈中的主要成分。

32 三個(gè)不同處理對秸稈成分均具有分解作用，且處理3效果最佳，即康寧木霉與白腐菌共同處理；其次是處理2，再次是處理1。處理3對半纖維素、纖維素、木質(zhì)素的降解率分別可達(dá)5399%、3818%和3391%。

33 由于纖維素降解具有階段性和順序性，單一的菌株難以完成秸稈降解的復(fù)雜生化過程，因此通過復(fù)合降解秸稈菌株，可以協(xié)同完成對秸稈中各組分的高效降解。

參 考 文 獻(xiàn)：

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