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    牛糞纖維素降解菌的篩選與初步鑒定

    2015-01-15 21:40:36牛明芬武肖媛于海嬌梁文娟王思博
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年11期
    關(guān)鍵詞:分離鑒定

    牛明芬+武肖媛+于海嬌+梁文娟+王思博

    摘要:通過(guò)“富集—初篩—復(fù)篩”流程,篩選出4株對(duì)纖維素有強(qiáng)降解能力的菌株,分別標(biāo)記為T(mén)G1、HN1、HP2、P3。對(duì)4株菌的纖維素酶活性進(jìn)行了定量測(cè)定;通過(guò)生理生化試驗(yàn),初步鑒定TG1為放線菌,HP2為地衣芽孢桿菌,P3、HN1為枯草芽孢桿菌。

    關(guān)鍵詞:纖維素降解菌;分離;纖維素酶活;鑒定

    中圖分類(lèi)號(hào):Q939.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1002-1302(2014)11-0393-02

    隨著我國(guó)養(yǎng)牛行業(yè)的發(fā)展,牛存欄量也逐年增加。根據(jù)調(diào)查顯示,2009年我國(guó)奶牛存欄量達(dá)1260萬(wàn)頭,2010年的存欄量達(dá)1420.1萬(wàn)頭。存欄量為200~2000頭的肉奶?;兀刻炜僧a(chǎn)生的牛糞在5~50t[1]。未經(jīng)處理的牛糞隨意堆放,不僅造成了人們的視覺(jué)污染,而且對(duì)大氣、土壤、水造成了很大污染。相較于其他畜禽糞便,牛糞含纖維素、半纖維素等有機(jī)難降解物質(zhì)比較多,自然降解時(shí)間長(zhǎng)[1-2]。

    針對(duì)牛糞中含纖維素較多且自然降解時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn),本試驗(yàn)將降解纖維素能力強(qiáng)的菌株分離篩選出來(lái),以期用于后續(xù)的牛糞堆肥試驗(yàn)縮短牛糞堆肥發(fā)酵時(shí)間。

    1材料與方法

    1.1樣品采集

    土壤樣品采自沈陽(yáng)建筑大學(xué)樹(shù)林落葉堆積處;牛糞樣品采自本溪木蘭花牛場(chǎng)的鮮牛糞、腐熟牛糞、堆積1年的牛糞。落葉堆積處取樣時(shí),在土層5~10cm處進(jìn)行采樣,平面采樣用“之”字形取樣,剖面取樣采用定點(diǎn)取土[3]。

    1.2培養(yǎng)基

    培養(yǎng)基為:牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、PDA培養(yǎng)基、高氏合成一號(hào)、剛果紅纖維素鈉篩選培養(yǎng)基、濾紙條液體培養(yǎng)基、羧甲基纖維素鈉培養(yǎng)基、牛肉膏蛋白胨酪素培養(yǎng)基、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)液體發(fā)酵培養(yǎng)基[3]、豆餅粉液體發(fā)酵培養(yǎng)基。

    1.3試驗(yàn)方法

    1.3.1纖維素降解菌的富集分別稱(chēng)取5g不同的采集樣品,置于45mL裝有玻璃珠無(wú)菌水的三角瓶中,放入30℃、120r/min的搖床,培養(yǎng)1d。

    1.3.2纖維素降解菌的篩選(1)初篩:用稀釋涂布平板法,將10-7~10-4濃度的菌液涂于剛果紅纖維素鈉篩選培養(yǎng)基上,將平板分別放入30、50℃恒溫箱培養(yǎng)4d,挑取明顯的單菌落在PDA培養(yǎng)基上進(jìn)行劃線純化,將純化好的菌種接入PDA培養(yǎng)基斜面保存。(2)復(fù)篩:將純化好的菌株點(diǎn)接到羧甲基纖維素鈉培養(yǎng)基上,放入30、50℃培養(yǎng)4d,用剛果紅染液進(jìn)行染色,量取菌圈直徑(d)和透明圈直徑(D),并計(jì)算透明圈直徑與菌圈直徑比值D/d,選取D/d值與D值大的菌接入濾紙條液體培養(yǎng)基中,進(jìn)行濾紙條崩潰試驗(yàn),觀察濾紙條崩潰的快慢和程度。選取使濾紙條崩潰程度大的菌,分別接種于CMC-Na液體發(fā)酵培養(yǎng)基、豆餅粉液體發(fā)酵培養(yǎng)基上,培養(yǎng)64h,測(cè)定纖維素酶活性。

    1.3.3粗酶液的制備取發(fā)酵液倒入離心管中,3000r/min下離心10min,上清液即為粗酶液。

    1.3.4纖維素酶活性測(cè)定[4-5](1)羧甲基纖維素酶(CMCase)活性測(cè)定:根據(jù)GB20287—2006《農(nóng)用微生物菌劑》進(jìn)行羧甲基纖維素酶活測(cè)定;(2)濾紙酶(FPA)活性測(cè)定:根據(jù)NY/T1847—2010《微生物肥料生產(chǎn)菌株質(zhì)量評(píng)價(jià)通用技術(shù)要求》進(jìn)行濾紙酶活性測(cè)定。

    1.3.5纖維素降解菌的初步鑒定[6-7]對(duì)篩選出的菌株菌落形態(tài)及顯微鏡下的形態(tài)進(jìn)行觀察,并進(jìn)行生理生化試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)照伯杰氏手冊(cè)完成對(duì)菌株的初步鑒定。

    2結(jié)果與分析

    2.1菌種初篩

    通過(guò)剛果紅纖維素鈉篩選培養(yǎng)基的篩選,共獲得21株菌,其中從土壤中分離出來(lái)的菌有9株,都為常溫菌;從牛糞中共分離出來(lái)12株菌,其中常溫菌6株,高溫菌6株。將分離出來(lái)的菌在PDA培養(yǎng)基劃線純化后接種到PDA斜面保存,待用。

    2.2菌種復(fù)篩

    用剛果紅染色羧甲基纖維素鈉與濾紙條崩潰試驗(yàn)進(jìn)行菌種復(fù)篩,測(cè)試菌株的纖維素降解能力,詳見(jiàn)表1。王志超等認(rèn)為D/d值超過(guò)2.5的菌株纖維素酶活性高[8]。也有人認(rèn)為,D>2cm時(shí),酶活較高。從表1可以看出,菌株P(guān)1、HN1的D/d值超過(guò)了2.5,且透明圈直徑D大于2cm;菌株P(guān)3、HP2、TG1、TG4的D/d值接近2.5,且透明圈直徑D大于或接近2cm,纖維素酶活性也相對(duì)比較高。

    選用P1、HN1、TG1、HP2、P3做濾紙條崩潰試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出,接種TG1濾紙條崩潰得最快最明顯,P1最不明顯。

    綜合剛果紅染色羧甲基纖維素鈉與濾紙條崩潰試驗(yàn),篩選出HN1、TG1、HP2、P34株菌進(jìn)行后續(xù)纖維素酶活性的定量測(cè)定與菌株的初步鑒定。

    2.3纖維素酶活性的測(cè)定結(jié)果

    將篩選得到的4株菌分別接入CMC-Na液體發(fā)酵培養(yǎng)基、豆餅粉液體發(fā)酵培養(yǎng)基中,培養(yǎng)64h,對(duì)其進(jìn)行CMCase酶活性和FPA酶活性的測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表3。

    由表3可以看出,TG1在CMC-Na液體發(fā)酵培養(yǎng)基中產(chǎn)生的酶活性要高于其在豆餅粉液體發(fā)酵培養(yǎng)基中的;HN1、HP2、P3這3株菌在豆餅粉液體發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性要高些,可以在后續(xù)的發(fā)酵優(yōu)化試驗(yàn)中作為參考菌株。

    2.4纖維素降解菌的初步鑒定結(jié)果

    2.4.1TG1鑒定結(jié)果(1)菌落特征:在高氏合成一號(hào)培養(yǎng)基上長(zhǎng)的比較快,菌落為圓形,中間凸起,初期為白色,之后菌落出現(xiàn)灰色粉末物質(zhì),易被挑取,有強(qiáng)烈的土腥味。(2)顯微觀察結(jié)果:革蘭氏染色為陽(yáng)性,可看到孢子絲呈直形。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果初步鑒定TG1為放線菌。

    2.4.2P3鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上干燥,呈半透明、邊緣不規(guī)則狀,培養(yǎng)基背面微發(fā)黃,有一定黏度,不易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株P(guān)3呈短桿狀,有芽孢生成。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株P(guān)3為好氧菌,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為25~30℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)與甲基紅試驗(yàn)呈陽(yáng)性,可降解淀粉,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽,不可利用丙酸鹽,在初始pH值為9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果初步鑒定P3為枯草芽孢桿菌。endprint

    2.4.3HN1鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上呈乳白色,圓形,不透明,邊緣為波浪狀,有褶皺,有黏度,不易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株HN1呈短桿狀,芽孢中生。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株HN1為好氧菌,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為45~50℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)呈陽(yáng)性,甲基紅試驗(yàn)呈陰性,可降解淀粉,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽,不可利用丙酸鹽,不能在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng),在初始pH值為8~9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,初步鑒定HN1為枯草芽孢桿菌。

    2.4.4HP2鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上長(zhǎng)勢(shì)良好,菌落呈大片狀,向外擴(kuò)張,不透明,背面呈現(xiàn)紅色,易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株HP2呈短桿狀,芽孢端生。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株HP2可在有氧環(huán)境中生長(zhǎng),也可在厭氧條件下生長(zhǎng),在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng)產(chǎn)生紅色色素,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為45~50℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)與甲基紅試驗(yàn)呈陽(yáng)性,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽與丙酸鹽,在初始pH值為8~9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,初步鑒定HP2為地衣芽孢桿菌。

    3結(jié)論與討論

    本試驗(yàn)從腐熟的牛糞與土壤中共分離出21株對(duì)纖維素有分解能力的菌株,土壤中分離出的9株菌均為常溫菌,牛糞中分離出6株高溫菌和6株常溫菌。通過(guò)剛果紅染色羧甲基纖維素鈉與濾紙條崩潰試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)篩,篩選出4株對(duì)纖維素降解能力強(qiáng)的菌株。

    用2種基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)篩選出的4株菌進(jìn)行纖維素酶活性的定量測(cè)定,發(fā)現(xiàn)菌株P(guān)3、HN1、HP2在豆餅粉發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性較高,TG1在CMC-Na發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性較高,在下一步進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化中可做參考。FPA酶活與CMCase活性高低不一致,說(shuō)明降解纖維素的酶是一種纖維素復(fù)合酶。經(jīng)初步鑒定,HP2為地衣芽孢桿菌;P3、HN1為枯草芽孢桿菌;TG1為放線菌。在牛糞降解菌中的細(xì)菌多為芽孢桿菌[9],這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

    參考文獻(xiàn):

    [1]任平,趙文娟,張強(qiáng),等.不同微生物酶對(duì)牛糞堆肥腐熟的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(5):2525-2526,2592.

    [2]方華舟,王培清.牛糞堆肥各階段主要纖維素降解菌分離與作用規(guī)律分析[J].中國(guó)土壤與肥料,2012(6):88-92.

    [3]孫一博.高效纖維素降解菌的篩選鑒定及特性研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2013:1-53.

    [4]GB20287—2006農(nóng)用微生物菌劑[S].

    [5]NY/T1847—2010微生物肥料生產(chǎn)菌株質(zhì)量評(píng)價(jià)通用技術(shù)要求[S].

    [6]中國(guó)科學(xué)院微生物研究所細(xì)菌分類(lèi)組.一般細(xì)菌常用鑒定方法[M].北京:科學(xué)出版社,1978.

    [7]布坎南RE,吉布斯NE.伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)[M].8版.北京:科學(xué)出版社,1984

    [8]王志超,陸文靜,王洪濤.好氧堆肥中高溫纖維素分解菌的篩選及性狀研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,42(2):259-264.

    [9]劉佳,李婉,許修宏,等.接種纖維素降解菌對(duì)牛糞堆肥微生物群落的影響[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(10):3073-3081.endprint

    2.4.3HN1鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上呈乳白色,圓形,不透明,邊緣為波浪狀,有褶皺,有黏度,不易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株HN1呈短桿狀,芽孢中生。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株HN1為好氧菌,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為45~50℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)呈陽(yáng)性,甲基紅試驗(yàn)呈陰性,可降解淀粉,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽,不可利用丙酸鹽,不能在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng),在初始pH值為8~9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,初步鑒定HN1為枯草芽孢桿菌。

    2.4.4HP2鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上長(zhǎng)勢(shì)良好,菌落呈大片狀,向外擴(kuò)張,不透明,背面呈現(xiàn)紅色,易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株HP2呈短桿狀,芽孢端生。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株HP2可在有氧環(huán)境中生長(zhǎng),也可在厭氧條件下生長(zhǎng),在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng)產(chǎn)生紅色色素,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為45~50℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)與甲基紅試驗(yàn)呈陽(yáng)性,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽與丙酸鹽,在初始pH值為8~9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,初步鑒定HP2為地衣芽孢桿菌。

    3結(jié)論與討論

    本試驗(yàn)從腐熟的牛糞與土壤中共分離出21株對(duì)纖維素有分解能力的菌株,土壤中分離出的9株菌均為常溫菌,牛糞中分離出6株高溫菌和6株常溫菌。通過(guò)剛果紅染色羧甲基纖維素鈉與濾紙條崩潰試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)篩,篩選出4株對(duì)纖維素降解能力強(qiáng)的菌株。

    用2種基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)篩選出的4株菌進(jìn)行纖維素酶活性的定量測(cè)定,發(fā)現(xiàn)菌株P(guān)3、HN1、HP2在豆餅粉發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性較高,TG1在CMC-Na發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性較高,在下一步進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化中可做參考。FPA酶活與CMCase活性高低不一致,說(shuō)明降解纖維素的酶是一種纖維素復(fù)合酶。經(jīng)初步鑒定,HP2為地衣芽孢桿菌;P3、HN1為枯草芽孢桿菌;TG1為放線菌。在牛糞降解菌中的細(xì)菌多為芽孢桿菌[9],這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

    參考文獻(xiàn):

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    [2]方華舟,王培清.牛糞堆肥各階段主要纖維素降解菌分離與作用規(guī)律分析[J].中國(guó)土壤與肥料,2012(6):88-92.

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    [9]劉佳,李婉,許修宏,等.接種纖維素降解菌對(duì)牛糞堆肥微生物群落的影響[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(10):3073-3081.endprint

    2.4.3HN1鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上呈乳白色,圓形,不透明,邊緣為波浪狀,有褶皺,有黏度,不易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株HN1呈短桿狀,芽孢中生。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株HN1為好氧菌,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為45~50℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)呈陽(yáng)性,甲基紅試驗(yàn)呈陰性,可降解淀粉,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽,不可利用丙酸鹽,不能在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng),在初始pH值為8~9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,初步鑒定HN1為枯草芽孢桿菌。

    2.4.4HP2鑒定結(jié)果(1)菌落特征:菌落在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上長(zhǎng)勢(shì)良好,菌落呈大片狀,向外擴(kuò)張,不透明,背面呈現(xiàn)紅色,易挑取。(2)顯微觀察結(jié)果:菌株HP2呈短桿狀,芽孢端生。(3)生理生化試驗(yàn)結(jié)果:菌株HP2可在有氧環(huán)境中生長(zhǎng),也可在厭氧條件下生長(zhǎng),在厭氧環(huán)境中生長(zhǎng)產(chǎn)生紅色色素,革蘭氏染色為陽(yáng)性,生長(zhǎng)最適溫度為45~50℃,可使明膠液化,V-P反應(yīng)與甲基紅試驗(yàn)呈陽(yáng)性,產(chǎn)過(guò)氧化氫酶,能還原硝酸鹽,可在0~7%鹽濃度中生長(zhǎng),能利用檸檬酸鹽與丙酸鹽,在初始pH值為8~9的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)良好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果,初步鑒定HP2為地衣芽孢桿菌。

    3結(jié)論與討論

    本試驗(yàn)從腐熟的牛糞與土壤中共分離出21株對(duì)纖維素有分解能力的菌株,土壤中分離出的9株菌均為常溫菌,牛糞中分離出6株高溫菌和6株常溫菌。通過(guò)剛果紅染色羧甲基纖維素鈉與濾紙條崩潰試驗(yàn)進(jìn)行復(fù)篩,篩選出4株對(duì)纖維素降解能力強(qiáng)的菌株。

    用2種基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)篩選出的4株菌進(jìn)行纖維素酶活性的定量測(cè)定,發(fā)現(xiàn)菌株P(guān)3、HN1、HP2在豆餅粉發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性較高,TG1在CMC-Na發(fā)酵培養(yǎng)基中的酶活性較高,在下一步進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)基優(yōu)化中可做參考。FPA酶活與CMCase活性高低不一致,說(shuō)明降解纖維素的酶是一種纖維素復(fù)合酶。經(jīng)初步鑒定,HP2為地衣芽孢桿菌;P3、HN1為枯草芽孢桿菌;TG1為放線菌。在牛糞降解菌中的細(xì)菌多為芽孢桿菌[9],這與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

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    [5]NY/T1847—2010微生物肥料生產(chǎn)菌株質(zhì)量評(píng)價(jià)通用技術(shù)要求[S].

    [6]中國(guó)科學(xué)院微生物研究所細(xì)菌分類(lèi)組.一般細(xì)菌常用鑒定方法[M].北京:科學(xué)出版社,1978.

    [7]布坎南RE,吉布斯NE.伯杰細(xì)菌鑒定手冊(cè)[M].8版.北京:科學(xué)出版社,1984

    [8]王志超,陸文靜,王洪濤.好氧堆肥中高溫纖維素分解菌的篩選及性狀研究[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,42(2):259-264.

    [9]劉佳,李婉,許修宏,等.接種纖維素降解菌對(duì)牛糞堆肥微生物群落的影響[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(10):3073-3081.endprint

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