菌株F75風(fēng)化煤降解特性研究

閆 敏，李 磊，張 強(qiáng)，馮悅晨，孫 捷，武文麗

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西 太原 030031)

菌株F75風(fēng)化煤降解特性研究

閆 敏，李 磊*，張 強(qiáng)，馮悅晨，孫 捷，武文麗

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西 太原 030031)

【目的】 利用微生物能有效提高風(fēng)化煤類(lèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率。由于地理環(huán)境和形成年代及條件的差異，使得風(fēng)化煤理化性質(zhì)差異較大，直接影響了微生物的降解作用，所以明確微生物菌株對(duì)不同風(fēng)化煤的降解特性能有效提高其轉(zhuǎn)化效率?！痉椒ā勘狙芯恳?個(gè)不同來(lái)源的風(fēng)化煤樣為研究材料，篩選了具有降解作用的微生物菌株F75并進(jìn)行鑒定?！窘Y(jié)果】在固體和液體培養(yǎng)條件下，從風(fēng)化煤樣的各腐植酸含量及結(jié)構(gòu)的變化上分析菌株對(duì)其的降解特性。菌株F75對(duì)3個(gè)風(fēng)化煤樣均有降解作用，經(jīng)鑒定為黑曲霉。液體培養(yǎng)條件下，風(fēng)化煤YF01和YF09在190～280 nm的吸收曲線(xiàn)較對(duì)照呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，而風(fēng)化煤YF06則呈現(xiàn)較對(duì)照一直增加的趨勢(shì)，且3個(gè)風(fēng)化煤樣均在小于205 nm時(shí)有明顯的加強(qiáng)。紅外光譜分析顯示菌株F75對(duì)風(fēng)化煤YF01的作用集中在碳鏈的縮短上，表現(xiàn)為失重率較高；對(duì)風(fēng)化煤YF06和YF09的作用集中在羧基官能團(tuán)上，表現(xiàn)為水溶性腐植酸和黃腐酸含量的增加。固體培養(yǎng)條件下，菌株F75對(duì)風(fēng)化煤YF06的游離腐植酸含量提高明顯；菌株F75對(duì)3個(gè)風(fēng)化煤樣的水溶性腐植酸含量和黃腐酸含量均有明顯提高，其中對(duì)風(fēng)化煤YF09中水溶性腐植酸含量的增加呈主導(dǎo)作用，而對(duì)風(fēng)化煤YF06中黃腐酸的含量有一定的消耗作用?！窘Y(jié)論】菌株降解風(fēng)化煤的作用在失重率和腐植酸類(lèi)物質(zhì)含量上因不同的風(fēng)化煤樣而存在不同的主導(dǎo)作用，可以指導(dǎo)風(fēng)化煤進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化生產(chǎn)。

風(fēng)化煤；微生物降解；腐植酸；紅外光譜

【研究意義】風(fēng)化煤是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低、裸露于地表或位于地表淺層已經(jīng)風(fēng)化的煤。因其含有大量再生腐植酸和多種含氧活性功能團(tuán)[1]，具有較大的利用價(jià)值，也是腐植酸的主要來(lái)源之一。腐植酸廣泛用于石油開(kāi)采、陶瓷工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域[2-3]，特別是在農(nóng)業(yè)上也具有廣闊的應(yīng)用前景[4-8]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】我國(guó)風(fēng)化煤貯藏量十分巨大，大量分布于山西、新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江、云南等地區(qū)。但是，由于地理環(huán)境和形成年代等差異，使得各風(fēng)化煤的理化性質(zhì)存在巨大差異，直接影響了其利用的效果。韓威[9]等對(duì)8種微生物對(duì)23種煤樣的研究表明菌種對(duì)煤樣的生物溶媒效果差異較大；張昕[10]等研究了4種真菌降解山西臨汾和內(nèi)蒙古風(fēng)化煤后的失重率的平均差異在10 %左右；馮曉霄[11]等研究的微生物菌株對(duì)新疆低階煤的轉(zhuǎn)化率為50 %左右；王春穎[12]等通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)使風(fēng)化煤的降解率達(dá)到29.28 %。類(lèi)似的研究表明，同一微生物菌株因不同風(fēng)化煤樣而存在明顯的轉(zhuǎn)化差異，不同微生物菌株對(duì)同一風(fēng)化煤樣也存在明顯的轉(zhuǎn)化差異，即微生物菌株對(duì)不同的風(fēng)化煤樣存在不同的降解特性，同時(shí)發(fā)酵工藝的優(yōu)化可以提高降解率，這就使得微生物菌種與風(fēng)化煤之間匹配及降解特性的研究顯得十分重要?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究以3個(gè)不同來(lái)源的風(fēng)化煤樣為研究材料，其總腐植酸、游離腐植酸和黃腐酸的含量存在明顯差異；篩選出具有降解作用的微生物菌株F75，并在固體和液體培養(yǎng)條件下，從各腐植酸含量及結(jié)構(gòu)的變化上分析菌株對(duì)其的降解特性。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為優(yōu)化其發(fā)酵工藝、提高風(fēng)化煤的降解效率及進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試菌株：菌株F75，以風(fēng)化煤為唯一碳源，分離自菜園土壤，保存于本實(shí)驗(yàn)室。供試風(fēng)化煤：3種不同來(lái)源的風(fēng)化煤，理化性質(zhì)見(jiàn)下表[檢測(cè)由中國(guó)腐植酸工業(yè)協(xié)會(huì)腐植酸質(zhì)量檢測(cè)中心(太原)完成]。

從表1可以看出，3個(gè)風(fēng)化煤樣在總腐植酸、游離腐植酸和黃腐酸的含量上存在明顯差異。其中，風(fēng)化煤YF01的總腐植酸和游離腐植酸含量基本一致，且較高，風(fēng)化煤YF06的總腐植酸含量較高而游離腐植酸含量較低，風(fēng)化煤YF09的總腐植酸含量和游離腐植酸含量且較低。供試培養(yǎng)基[10]：①固體定性培養(yǎng)基：Na2HPO44.0 g，KH2PO41.0 g，NaCl 0.2 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，CaCl2·2H2O 0.05 g，酵母浸出粉6.0 g，去離子水1000 mL，瓊脂15～20 g。②液體培養(yǎng)基：(NH4)2SO42.6 g，K2HPO41.0 g，KH2PO40.5 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，CaCl2·2H2O 0.01 g，去離子水1000 mL，風(fēng)化煤10.0 g，pH值為6.0。③無(wú)機(jī)鹽溶液：(NH4)2SO43.7 g，K2HPO41.0 g，KH2PO40.5 g，MgSO4·7H2O 0.2 g，CaCl2·2H2O 0.01 g，去離子水1000 mL。④葡萄糖無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液：每升無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液加入5 g葡萄糖。

1.2 菌株F75對(duì)風(fēng)化煤樣降解能力的篩選

將純化的菌種接種到固體定性培養(yǎng)基上，28 ℃下培養(yǎng)5～7 d。待菌絲長(zhǎng)滿(mǎn)平板表面，將滅菌后風(fēng)化煤均勻?yàn)⒃诰z上，繼續(xù)培養(yǎng)，每日觀察并記錄風(fēng)化煤顆粒被溶解的情況。

1.3 風(fēng)化煤降解菌株的鑒定

形態(tài)學(xué)鑒定：對(duì)分離到的菌株采用PDA平板、顯微鏡(乳酸石炭酸棉蘭染色),對(duì)菌落、菌絲、孢子等結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并參照《真菌鑒定手冊(cè)》[16]和《中國(guó)真菌志》[17]進(jìn)行鑒定。

分子生物學(xué)鑒定：采用生工公司生產(chǎn)的Ezup柱式真菌基因組DNA抽提試劑盒提取該菌的DNA，并進(jìn)行PCR擴(kuò)增18S rDNA序列，引物采用真菌18S rDNA序列擴(kuò)增通用引物NS1(5’-GTAGTCATATGCTTGTCTC-3’)和NS6(5’-GCATCACAGACCAGATATTGCCTC-3’)。PCR反應(yīng)體系為：10×Buffer(with Mg2+) 2.5 μl，dNTP(各2.5 mM)1.0 μl，引物(10 μM)各 0.5 μl，Taq酶(2 U/μl)0.2 μl，DNA模板0.5 μl，加無(wú)菌水補(bǔ)至25 μl。PCR反應(yīng)條件為：94 ℃預(yù)變性4 min，94 ℃變性45 s，55 ℃退火45 s，72 ℃延伸1 min，共30個(gè)循環(huán)，72 ℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物委托上海生工有限公司進(jìn)行測(cè)序。 將18 S rDNA測(cè)序結(jié)果提交到NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行BLAST比對(duì)。

在我國(guó)眾多工程測(cè)繪工作中，不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪是重點(diǎn)內(nèi)容，它不僅可以為房產(chǎn)測(cè)繪工作提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)，同時(shí)也可以為城市現(xiàn)代化建設(shè)提供幫助。然而不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中還存在一些缺陷和不足，這就導(dǎo)致不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記管理工作無(wú)法發(fā)揮出實(shí)質(zhì)性作用，同時(shí)也阻礙了城市化建設(shè)的進(jìn)一步實(shí)施。因此，相關(guān)研究工作人員必須要給予高度重視，切實(shí)提高不動(dòng)產(chǎn)測(cè)繪的水平和質(zhì)量，確保不動(dòng)產(chǎn)統(tǒng)一登記管理工作有條不紊地進(jìn)行，最終加快我國(guó)城市化建設(shè)的步伐。

表1 3個(gè)風(fēng)化煤樣的理化性質(zhì)

圖1 菌株F75對(duì)3個(gè)風(fēng)化煤樣的降解Fig.1 Degradation of 3 kinds of weathered coal by strain F75

1.4 風(fēng)化煤液體降解特性的研究

將菌株活化后，接種到液體培養(yǎng)基中，50 mL培養(yǎng)基接種量為1/4個(gè)平板。28 ℃下培養(yǎng)7 d后，離心(12 000 r/min)15 min，上清液稀釋12.5倍后測(cè)定190～280 nm(間距5 nm)的吸光度；測(cè)定上清液中黃腐酸、水溶性腐植酸的含量[18]。同時(shí)將上清液先用6 mol·L-1H2SO4調(diào)節(jié)pH值至1,形成絮狀沉淀,然后離心(12 000 r/min)15 min,沉降物在75 ℃烘干,即得固體水溶性組分并進(jìn)行FT-IR分析[9-10]。沉降物在75 ℃烘至恒重，計(jì)算損失的質(zhì)量，失重率為培養(yǎng)基中加人的風(fēng)化煤質(zhì)量與沉降物質(zhì)量(包括菌體和未分解的風(fēng)化煤)之間的差值與原加入風(fēng)化煤的質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。同時(shí)做不接種的空白對(duì)照(CK)，重復(fù)3次。

1.5 風(fēng)化煤固體降解特性的研究

準(zhǔn)確稱(chēng)取10.0 g風(fēng)化煤于150 mL三角瓶中，每瓶接種1/2平板的活化菌株并進(jìn)行如下處理：①加入3 mL無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)液，②加入3 mL葡萄糖無(wú)機(jī)鹽溶液，并分別進(jìn)行滅菌和不滅菌處理；每瓶中補(bǔ)水至28 ℃培養(yǎng)30 d，7～10 d補(bǔ)1次水(約3 mL)，以維持合適的濕度(含水量約為30 %)，每個(gè)處理做3次重復(fù)。同時(shí)做滅菌和不滅菌的不接種處理為對(duì)照。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)將培養(yǎng)物在75 ℃下烘干并研細(xì)，測(cè)定黃腐酸、水溶性和游離性腐植酸的含量[16]。

圖2 菌株在PDA上的菌落形態(tài)Fig.2 Colony morphology of strain on PDA

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Mintab 14 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 采用Tukey’s 進(jìn)行多重比較。文中圖采用Excel 繪制,圖中數(shù)據(jù)表示為3 次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株F75對(duì)風(fēng)化煤降解作用的篩選

將菌株在固體定性培養(yǎng)基上培養(yǎng)，待菌絲基本長(zhǎng)滿(mǎn)平板后加入風(fēng)化煤繼續(xù)培養(yǎng)，3 d后，培養(yǎng)基被染成了棕黃色(圖1)，說(shuō)明菌株F75對(duì)3個(gè)風(fēng)化煤樣(YF01、YF06、YF09)均出現(xiàn)了不同程度的溶煤現(xiàn)象。

2.2 菌種鑒定

菌株F75在PDA平板上菌落生長(zhǎng)快，表面黑色粉末狀(圖2)；分生孢子頭的頂囊球形或近球形(圖3)，小梗雙層，第一層粗大，第二層短小，呈放射狀排列，布滿(mǎn)整個(gè)頂囊，頂端有鏈形孢子，初步判定F75為黑曲霉。

將測(cè)得的18SrDNA基因序列在 NCBI 上進(jìn)行同源性檢索(圖4)，結(jié)果表明，所測(cè)序列與黑曲霉(Aspergillusniger) 同源性為 100 %。綜合形態(tài)特征和18SrDNA基因序列同源性?xún)煞矫娣治觯摼觇b定為黑曲霉(Aspergillusniger)。

圖3 菌株在顯微鏡下的生長(zhǎng)形態(tài)Fig.3 Growth morphology of strain under microscope

圖4 菌株的18SrDNA 序列PCR擴(kuò)增產(chǎn)物Fig.4 Result of Genomic DNA ITS PCR amplification

圖5 培養(yǎng)物上清液的吸收曲線(xiàn)Fig.5 Ultraviolet absorption curve of culture supernatant

2.3 風(fēng)化煤液體降解特性的研究

2.3.1 液體培養(yǎng)下降解物紫外分析 從圖5可以看出，經(jīng)菌株F75液體培養(yǎng)條件下的降解后，風(fēng)化煤YF01和YF09在190～280 nm的吸收曲線(xiàn)是相似的。接種處理與不接種處理相比，提高小于205 nm的吸光值，降低大于205 nm的吸光值，說(shuō)明該菌株分解了風(fēng)化煤中水溶性組分，特別是吸收大于205 nm紫外光的物質(zhì)。而風(fēng)化煤YF06的吸收曲線(xiàn)與YF01和YF09不同，接種處理和不接種處理的紫外吸收曲線(xiàn)相似，但接種處理的吸光度明顯高于不接種處理，并且波長(zhǎng)越短，增加的幅度越高。這說(shuō)明培養(yǎng)過(guò)程中風(fēng)化煤中有大量的物質(zhì)，可能是腐植酸類(lèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為水溶性狀態(tài)，所溶解出來(lái)的物質(zhì)組成也受到接種微生物菌株的影響，吸收低波長(zhǎng)紫外光處的物質(zhì)顯著增加，隨著波長(zhǎng)的增大吸光值得增量有所下降。

圖6 風(fēng)化煤YF01培養(yǎng)物的紅外吸收光譜Fig.6 IR spectra of weathered coal YF01 cultures

圖7 風(fēng)化煤YF06培養(yǎng)物的紅外吸收光譜Fig.7 IR spectra of weathered coal YF06 cultures

2.3.2 液體培養(yǎng)下降解物紅外分析 從圖6可以看出，接種菌種F75與對(duì)照相較，譜圖的形狀基本相似，在1400 cm-1(脂族C-H變形振動(dòng))處減弱，1230～1034 cm-1處峰形平緩且有肩峰，而在910、600～760 cm-1處發(fā)生了不同程度的位移，說(shuō)明可能是碳鏈縮短、羧基官能團(tuán)含量存在差異，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且另含有其他官能團(tuán)，降解作用較強(qiáng)。

從圖7可以看出，接種菌種F75與對(duì)照相較，譜圖的形狀基本相似，在1720 cm-1處有一個(gè)缺失的小峰，1652～1631 cm-1處多出3個(gè)肩峰，而在760 cm-1處的峰形較平緩；說(shuō)明菌株F75降解風(fēng)化煤YF06后產(chǎn)生的羧基官能團(tuán)類(lèi)物質(zhì)種類(lèi)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

從圖8可以看出，接種菌種F75與對(duì)照相較，譜圖的形狀基本相似，1266～1035 cm-1處多出5個(gè)肩峰，937～858 cm-1處有3個(gè)加強(qiáng)峰及小位移，760 cm-1處有2個(gè)加強(qiáng)峰；說(shuō)明在羧基官能團(tuán)上含量較多且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而在C-H彎曲的面外振動(dòng)有明顯的加強(qiáng)，即菌株F75對(duì)風(fēng)化煤YF09的降解可能更多的集中在腐植酸類(lèi)物質(zhì)上，其含量可能增加量較大。

2.3.3 液體培養(yǎng)下風(fēng)化煤的降解特性 從風(fēng)化煤液體培養(yǎng)后的失重率(圖9)變化看出，接種菌株F75后各風(fēng)化煤的失重率明顯高于對(duì)照。對(duì)照處理的風(fēng)化煤YF01、YF06、YF09的失重率分別是5.0 %、4.5 %和11.5 %；接種菌株F75后的失重率為19 %、13 %、24 %。其中接種菌株F75后，對(duì)風(fēng)化煤YF01的降解效果最好。

圖8 風(fēng)化煤YF09培養(yǎng)物的紅外吸收光譜Fig.8 IR spectra of weathered coal YF09 cultures

圖9 液體培養(yǎng)下風(fēng)化煤的失重率Fig.9 Weight loss rate of weathered coal under the condition of liquid culture

從風(fēng)化煤液體培養(yǎng)后的上清液中水溶性腐植酸含量的變化(圖10)看出，接種菌株F75后各風(fēng)化煤培養(yǎng)液中水溶性腐植酸的含量相較于對(duì)照均明顯提高。對(duì)照風(fēng)化煤YF01、YF06、YF09的培養(yǎng)液中水溶性腐植酸的含量分別是1.25 %、0.27 %和1.56 %；接種菌株75后的培養(yǎng)液中水溶性腐植酸的含量約為2.33 %、1.70 %、2.94 %。其中接種菌株F75后，風(fēng)化煤YF06的降解效果最好，由于對(duì)照風(fēng)化煤YF06的水溶性腐植酸含量最低，故而其增效最大。

從風(fēng)化煤液體培養(yǎng)后的上清液中黃腐酸含量(圖11)的變化看出，接種菌株F75后各風(fēng)化煤培養(yǎng)液中黃腐酸的含量相較于對(duì)照均明顯提高。對(duì)照風(fēng)化煤YF01、YF06、YF09的培養(yǎng)液中水溶性腐植酸的含量分別是0.56 %、0.32 %和0.62 %；接種菌株F75后的培養(yǎng)液中水溶性腐植酸的含量約為1.44 %、1.31 %、1.68 %。其中接種菌株F75后，風(fēng)化煤YF06的降解效果最好，而風(fēng)化煤YF09的黃腐酸的含量最高。

2.4 風(fēng)化煤固體降解特性的研究

3個(gè)風(fēng)化煤樣經(jīng)過(guò)固體培養(yǎng)后，腐植酸的含量發(fā)生了明顯的變化。從表2可以看出，①接種菌種后風(fēng)化煤中游離腐植酸的含量有所增加。風(fēng)化煤YF01和YF09的游離腐植酸含量在各處理中較對(duì)照的變化不明顯；而風(fēng)化煤YF06游離腐植酸含量較對(duì)照則明顯提高，而且加糖高于不加糖，不滅菌高于滅菌，說(shuō)明加糖可促進(jìn)菌種生長(zhǎng)，且對(duì)于風(fēng)化煤YF06的降解存在菌種之間的協(xié)同作用。②在固體培養(yǎng)后風(fēng)化煤的水溶性腐植酸含量的變化上，接種菌種較于不接種有大幅度的提高。風(fēng)化煤YF01和YF06的處理中，滅菌處理的加糖高于不加糖，不滅菌處理不加糖高于加糖，說(shuō)明菌株F75對(duì)風(fēng)化煤的降解機(jī)理與風(fēng)化煤自身微生物的降解機(jī)理不同。而在風(fēng)化煤YF09的各處理中，不加糖高于加糖，且滅菌高于不滅菌，說(shuō)明對(duì)風(fēng)化煤YF09的降解以菌株F75為主。③從風(fēng)化煤固體培養(yǎng)后黃腐酸的變化看，風(fēng)化煤YF01和YF09的表現(xiàn)相似，不加糖高于加糖，可能菌株F75的生長(zhǎng)對(duì)黃腐酸有所消耗，但不大；風(fēng)化煤YF06的處理中，加糖促進(jìn)了風(fēng)化煤的降解，但接種較不接種提高幅度不大，菌株F75的生長(zhǎng)的黃腐酸有明顯的消耗。綜上所述，在固體發(fā)酵中，對(duì)于風(fēng)化煤YF01和YF09應(yīng)不加糖或少加糖來(lái)提高水溶性腐植酸和黃腐酸的含量，而風(fēng)化煤YF06可以通過(guò)添加糖來(lái)提高游離腐植酸和水溶性腐植酸的含量。

圖10 液體培養(yǎng)下風(fēng)化煤的水溶性腐植酸含量Fig.10 Water soluble humic acid content of weathered coal under the condition of liquid culture

圖11 液體培養(yǎng)下風(fēng)化煤的黃腐酸含量Fig.11 Fulvic acid content of weathered coal under the condition of liquid culture

2.5 風(fēng)化煤的理化性質(zhì)

山西風(fēng)化煤儲(chǔ)量巨大，約為80億噸，且煤種豐富。目前，筆者組已收集到10份來(lái)自不同產(chǎn)地的風(fēng)化煤，其中山西風(fēng)化煤6種。其理化性質(zhì)見(jiàn)表3。

從表3可以看出，僅僅是由于地理環(huán)境的不同，就使得風(fēng)化煤的理化性質(zhì)差異較大。根據(jù)總腐植酸、游離腐植酸和黃腐酸的含量，以及pH值的差異，我們選取了YF01、YF06和YF09號(hào)風(fēng)化煤作為研究材料。其中風(fēng)化煤YF01的總腐植酸和游離腐植酸含量都較高，風(fēng)化煤YF06的總腐植酸含量較高而游離腐植酸含量較低，風(fēng)化煤YF09的總腐植酸含量和游離腐植酸含量基本接近且較風(fēng)化煤YF01低許多。以期從3個(gè)差異較大風(fēng)化煤樣入手，解析它們對(duì)菌株降解的響應(yīng)，為進(jìn)一步的機(jī)理研究和生產(chǎn)提供依據(jù)。

表2 固體培養(yǎng)后各風(fēng)化煤的性質(zhì)

表3 風(fēng)化煤的理化性質(zhì)

3 討論與結(jié)論

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)利用微生物轉(zhuǎn)化煤類(lèi)物質(zhì)開(kāi)展廣泛的研究，降解微生物主要包括白腐菌、曲霉、木霉、青霉、鏈霉菌、假單胞菌及芽孢桿菌的一些屬等。本研究中降解微生物是黑曲霉，對(duì)3個(gè)風(fēng)化煤樣均具有不同程度的溶解作用。黑曲霉廣泛分布于糧食、植物產(chǎn)品和土壤中；運(yùn)用歷史悠久，被美國(guó)FDA認(rèn)證為安全菌種(GRAS)。由于其產(chǎn)纖維素酶、木聚糖酶、蛋白酶等被用于飼料生產(chǎn)，秸稈腐熟等，也可用于風(fēng)化煤的降解研究。HA的紅外光譜[21-23]中的吸收峰主要出現(xiàn)在以下區(qū)域：2920 cm-1(不對(duì)稱(chēng)脂族C-H伸縮振動(dòng))，2850 cm-1(-CH2-對(duì)稱(chēng)脂族C-H伸縮振動(dòng))，1720 cm-1(羧基的 C=O伸縮振動(dòng))，1620 cm-1(芳香C=C伸縮振動(dòng))，1400 cm-1(脂族C-H變形振動(dòng))，1230 cm-1(羧基中-OH的變形振動(dòng)和C-O伸縮振動(dòng))和1034 cm-1(碳水化合物或多糖結(jié)構(gòu)中C-O伸縮振動(dòng)及無(wú)機(jī)物的Si-O伸縮振動(dòng))。張昕等[10]的研究中，1280～1580 cm-1有尖銳的吸收峰，2500～2000 cm-1的吸收峰向高波數(shù)移動(dòng)，660 cm-1吸收的消失，暗示氫鍵結(jié)合減少；內(nèi)蒙古烏海風(fēng)化煤經(jīng)WF2作用后，減弱。本研究發(fā)現(xiàn)，菌株F75對(duì)風(fēng)化煤YF01的作用集中在碳鏈的縮短上，表現(xiàn)為失重率較高；對(duì)風(fēng)化煤YF06和YF09的作用集中在羧基官能團(tuán)上，表現(xiàn)為水溶性腐植酸和黃腐酸含量的增加，而且在羧基振動(dòng)上變化較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能存在多種腐植酸類(lèi)物質(zhì)，有利于降解產(chǎn)物的利用，若進(jìn)行定向消耗可加速風(fēng)化煤的降解程度。同時(shí)，菌株F75對(duì)風(fēng)化煤YF01 的液體降解后失重率最高，而風(fēng)化煤YF 06和YF09則是水溶性腐植酸含量和游離腐植酸的含量明顯增加，這一結(jié)果和紅外光譜分析的結(jié)果一致?？傊?，可以從菌株F75對(duì)3個(gè)風(fēng)化煤樣的降解特性的差異進(jìn)一步對(duì)其降解機(jī)理和降解效果進(jìn)行研究。

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StudyonCharacteristicsofStrainF75DegradingWeatheredCoal

YAN Min,LI Lei*,ZHANG Qiang, FENG Yue-cheng, SUN Jie, WU Wen-li

(Institute of Agricultural Environment and Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Shanxi Taiyuan 030031, China)

【Objective】Microbes can effectively improve the conversion efficiency of weathered coal. Due to the differences of geographical condition and age, weathered coals usually showed different physical and chemical properties，which affected the degradation of microbes. Therefore, the definition of degradation characteristics of different weathered coals could effectively improve its conversion efficiency. 【Method】In this study,taken Three different sources of weathered coal as tested materials, the strain ‘F75’ was screened and identified, which could degrade weathered coal. 【Result】Under the solid and liquid culture, the degradation characteristics of the contents and structure of humic acids of the strains from weathered coals were analyzed.The strain ‘F75’ could degrade the three sources of weathered coals and was identified as Aspergillus niger. Under the liquid culture, the UV analysis showed that the curves of F75 to the YF01 and YF09 increased firstly and then decreased from 190 nm to 280 nm, whereas the curve of F75 to the YF06 increased in this stage, and all the weathered coals showed obvious enhancement before 205 nm. The results of FT-IR showed that under the action of YF01, the carbon chain of F75 was shortened, with higher rate of weight loss, and for the YF06 and YF09, the content of water-soluble humic acid and fulvic acid increased, which implied that the effect of F75 to YF06 and YF09 concentrated in the carboxyl groups. Under the solid culture condition, the content of free humic acid of YF06 significantly increased when F75 was added; The content of water soluble humic acid and fulvic acid of three weathered coals significantly increased with F75 addition, of which the increase of water soluble humic acid had a dominant effect on YF09 and some consumption effect on YF06. 【Conclusion】During the degradation of different sources of weathered coals according to the rate of weight loss and the content of humic substances, the strain had different dominant effects, which would guide the further transformation of weathered coal.

Weathered coal; Microbial degradation; Humic acid; FT-IR

1001-4829(2017)10-2360-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.10.033

2016-11-20

土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(2013004)；山西省農(nóng)科院重點(diǎn)項(xiàng)目(YZD1511)

閆 敏(1975-),女，河北深縣人，碩士，副研究員，主要研究方向是農(nóng)業(yè)微生物資源利用，ymrice@163.com，*為通訊作者， E-mail: tfslilei@163.com。

S154.39

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(責(zé)任編輯 陳 虹)