玉米秸稈低溫降解復(fù)合菌的篩選及其菌種組成

張?chǎng)?，青格爾?，高聚林，2*，于曉芳，2*，胡樹平，張必周，韓升才，馮彪

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)作物栽培與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010019；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植保學(xué)院，呼和浩特 010019；4.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，包頭 014100）

作物秸稈是一種高效、經(jīng)濟(jì)、具有豐富營(yíng)養(yǎng)元素的可再生有機(jī)資源[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)作物秸稈年產(chǎn)量近8.5億t，其中玉米秸稈產(chǎn)量最大，約為2.8億t[2?3]，有研究表明，長(zhǎng)期秸稈還田可以增加土壤有機(jī)碳，改善土壤理化性質(zhì)[4]；秸稈還田還可以使秸稈中的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)返還到土壤中，促進(jìn)養(yǎng)分平衡[5]，但秸稈中含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)形成的堅(jiān)固復(fù)雜的組織，使秸稈天然降解難度高[6?7]。我國(guó)北方地區(qū)低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，大量農(nóng)作物秸稈未能得到及時(shí)有效的利用，造成資源的浪費(fèi)[8]。目前，木質(zhì)纖維素類物質(zhì)的處理方法主要有物理方法、化學(xué)方法和生物降解，其中生物降解具有降解率高、安全環(huán)保、成本低、可再生等優(yōu)點(diǎn)。因而，微生物降解技術(shù)成為提高低溫地區(qū)還田玉米秸稈快速、高效腐解的有效措施之一[9?10]，而篩選低溫玉米秸稈降解菌是添加外源微生物促進(jìn)秸稈原位腐化的關(guān)鍵。自然界中廣泛存在具有高效降解木質(zhì)纖維素酶系統(tǒng)的微生物，如王春芳等[11]以堆肥為菌源采用外淘汰方法獲得的復(fù)合菌系F1在40 ℃條件下培養(yǎng)10 d 后秸稈總降解率為52.55%，其中Bacillus、Pet?rimonas、Pusillimonas為秸稈降解關(guān)鍵物種；WANG等[12]從蘆葦池塘污泥中獲得的復(fù)合菌系LDC 培養(yǎng)15 d后，蘆葦秸稈木質(zhì)素降解率達(dá)60.9%，半纖維素降解率達(dá)43.0%；蘇鑫等[13]通過(guò)限制性富集培養(yǎng)技術(shù)從腐爛蘆葦秸稈根部土壤中篩選獲得木質(zhì)素降解復(fù)合菌系LDC，在32 ℃條件下培養(yǎng)7 d，木質(zhì)素最大降解率為44.5%，其優(yōu)勢(shì)菌種為Pseudomonas、Pannonibacter、Thauera。

本團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事玉米秸稈低溫高效降解微生物篩選研究，前期篩選出的復(fù)合菌系GF?20以濾紙作為碳源進(jìn)行篩選，玉米秸稈降解率達(dá)32.29%[14]，具有良好的穩(wěn)定性[15]，對(duì)纖維素和半纖維素降解效果較好，但對(duì)木質(zhì)素組分的降解效果不理想。且內(nèi)蒙古地區(qū)秋冬季氣溫低，周期長(zhǎng)，中高溫菌及其酶的應(yīng)用受到了較大限制，因此本研究在前人研究基礎(chǔ)上，將玉米秸稈作為碳源，以內(nèi)蒙古不同地區(qū)多年秸稈還田土壤、牛羊糞等菌源樣品為材料，經(jīng)多層次遞進(jìn)式篩選獲得玉米秸稈低溫高效降解菌系，并對(duì)獲得的復(fù)合菌系進(jìn)行玉米秸稈降解效率和菌種組成多樣性分析，旨在為原位還田玉米秸稈低溫腐解提供功能菌系，促進(jìn)玉米秸稈的合理利用及耕地保護(hù)和生態(tài)安全，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈的資源化利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018—2019 年在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米中心微生物實(shí)驗(yàn)室（內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市土默特右旗溝門鎮(zhèn)）進(jìn)行。供試菌源樣品為實(shí)驗(yàn)室4 ℃下保存的采集自內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾、興安盟、通遼和赤峰地區(qū)多年秸稈還田土壤、牛羊糞、森林腐殖質(zhì)等57 份菌源材料，供秸稈降解菌的篩選。對(duì)照復(fù)合菌GF?20為本團(tuán)隊(duì)以簡(jiǎn)單纖維素材料濾紙為碳源篩選獲得的低溫降解菌，主要由Cellvibrio mixtussubsp.、Azospira oryzae、Arcobacter defluyii、Bacillussp.等組成，10 ℃下培養(yǎng)15 d秸稈降解率為32.29%[14]。

玉米秸稈取自內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米中心試驗(yàn)田（內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市土默特右旗溝門鎮(zhèn)北只圖村）收獲的玉米秸稈（纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量分別為53.46%、27.32%和11.71%），挑選粗細(xì)、大小適中的玉米秸稈，取回后用流水沖洗干凈，在65 ℃的烘箱中烘至恒質(zhì)量，烘干后的玉米秸稈再剪成2～3 cm的小段，滅菌備用。

1.2 培養(yǎng)基

基礎(chǔ)培養(yǎng)基（AO 培養(yǎng)基）：尿素0.2 g、（NH3）2SO40.8 g、K2HPO40.5 g、CaCO31.0 g、NaCl 0.1 g、MgSO40.025 g、500 mL蒸餾水，pH值6.5。

蛋白胨纖維素培養(yǎng)基（PCS 培養(yǎng)基）：蛋白胨5.0 g、酵母粉5.0 g、NaCl 5.0 g、CaCl22.0 g、K2HPO40.5 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、1 L蒸餾水，pH值6.7。

Mandels 培養(yǎng)基（M 培養(yǎng)基）：K2HPO43.0 g、NaNO33.0 g、CaCl20.5 g、MgSO4·7H2O 0.5 g、Fe2SO4·7H2O 7.5 mg、MnSO4·H2O 2.5 mg、ZnSO42.0 mg、CoCl23.0 mg、1 L蒸餾水，pH值6.8。

產(chǎn)酶培養(yǎng)基：尿素0.6 g、蛋白胨0.5 g、（NH3）2SO42.0 g、K2HPO41.0 g、MgSO4·7H2O 0.05 g、MnSO4·7H2O 0.016 g、ZnSO4·7H2O 0.017 g、CaCl20.02 g、NaCl 0.2 g、蒸餾水1 L。

于100 mL 三角瓶中加入40 mL 培養(yǎng)液和1.0 g 玉米秸稈，121 ℃滅菌20 min，備用。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 復(fù)合菌系的篩選

初篩：分別稱取2 g 菌源樣品接種到裝有玉米秸稈的M 培養(yǎng)基、PCS 培養(yǎng)基和AO 培養(yǎng)基中，置于20 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行富集培養(yǎng)，當(dāng)三角瓶中液體變渾濁、玉米秸稈出現(xiàn)腐解現(xiàn)象時(shí)開始轉(zhuǎn)接，如此轉(zhuǎn)接2代。

復(fù)篩：吸取F2 代培養(yǎng)液按5%（V/V）的接種量重新轉(zhuǎn)接到M 培養(yǎng)基、PCS 培養(yǎng)基和AO 培養(yǎng)基中，且秸稈降解表現(xiàn)穩(wěn)定時(shí)每轉(zhuǎn)接一代溫度降低1 ℃，直至降低到15 ℃。在限制性繼代培養(yǎng)低溫馴化過(guò)程中，淘汰分解能力減弱的樣品，如此連續(xù)培養(yǎng)8 代。根據(jù)不同培養(yǎng)代數(shù)秸稈降解率判斷復(fù)合菌系秸稈降解能力，選取降解效果好的復(fù)合菌系進(jìn)行下一步研究。

1.3.2 復(fù)合菌系玉米秸稈降解性能檢測(cè)

將復(fù)篩獲得的復(fù)合菌系以5%（V∶V）的接種量接入產(chǎn)酶培養(yǎng)基和M 培養(yǎng)基中，在15 ℃恒溫條件下靜置培養(yǎng)，第1、5、10、15、20 d測(cè)定纖維素、半纖維素、木質(zhì)素酶活性以及玉米秸稈降解率及木質(zhì)纖維素降解率，明確復(fù)合菌系降解特性。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 酶活性的測(cè)定

將復(fù)合菌系接種于產(chǎn)酶培養(yǎng)基中，15 ℃下分別在培養(yǎng)第1、5、10、15、20 d 時(shí)取各復(fù)合菌系發(fā)酵液10 mL，4 ℃、5 000 r·min?1條件下離心10 min，取上清液（粗酶液）5 mL，測(cè)定酶活性。采用《纖維素酶制劑》（QB/T 2583—2003）中DNS 法測(cè)定濾紙酶活性和內(nèi)切?1，4?β?葡聚糖酶活性；采用《飼料添加劑木聚糖酶活力的測(cè)定分光光度法》（GB/T 23874—2009）中DNS法測(cè)定木聚糖酶活性；采用ABTS 法[16]測(cè)定漆酶的活性，藜蘆醇法[16]測(cè)定木素過(guò)氧化物酶活性，3次重復(fù)。

1.4.2 玉米秸稈降解率的測(cè)定

接種后第1、5、10、15、20 d 取出秸稈，用水洗凈，于65 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，采用下列公式計(jì)算玉米秸稈降解率，3次重復(fù)。

式中：W0 為接種前培養(yǎng)基中的秸稈質(zhì)量，g；W1 為培養(yǎng)結(jié)束烘干后降解剩余的秸稈質(zhì)量，g；W2 為玉米秸稈降解率，%。

1.4.3 玉米秸稈木質(zhì)纖維素含量的測(cè)定

接種后第1、5、10、15、20 d取出秸稈，用蒸餾水洗凈，將降解后的秸稈烘干粉粹后過(guò)1 mm篩，采用纖維素分析儀（ANKOM A200i）測(cè)定木質(zhì)素、纖維素、半纖維的含量，并計(jì)算木質(zhì)纖維素降解率，3次重復(fù)。

1.4.4 復(fù)合菌系微生物組成多樣性分析

將供試菌系15 ℃靜置培養(yǎng)21 d 后取發(fā)酵液5 mL，4 ℃、5 000 r·min?1離心10 min，棄上清液，留沉淀，如此反復(fù)多次，確保已完全沉淀，后交由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司進(jìn)行16S rRNA 基因測(cè)序，PCR 引物為338F（5′?ACTCCTACGGGAGGCAGCAG?3′）和806R（5′?GGACTACHVGGGTWTCTAAT?3′），GF?20 由北京奧維森基因科技有限公司完成MiSeq高通量測(cè)序[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

理化特性數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行方差分析，采用SigmaPlot 12.5 作圖。微生物菌種組成測(cè)序數(shù)據(jù)采用RDP classifier 貝葉斯算法（Version 2.2，http：//source forge.net/projects/rdp?classifier/），在Qi?ime 平 臺(tái)（http：//qiime.org/scripts/assign_taxonomy.ht?ml）下，以0.7 為置信度閾值，將OTU 代表序列與Silva數(shù)據(jù)庫(kù)（Release128，http：//www.arb?silva.de）進(jìn)行比對(duì)，獲得OTU代表序列的分類學(xué)信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米秸稈低溫高效降解復(fù)合菌系的篩選

57 份菌源材料經(jīng)富集培養(yǎng)和初篩，獲得22 份可高效降解玉米秸稈的材料，并對(duì)其進(jìn)一步低溫馴化和限制性培養(yǎng)后，獲得9 份降解玉米秸稈的復(fù)合菌系，分別 為M44、M14、M2、P22、A14、M1、M36、M38 和M55。

各復(fù)合菌系不同代數(shù)秸稈降解率如圖1 所示，菌系M44、M14 和M2 在各培養(yǎng)代數(shù)中秸稈降解率均顯著高于其他菌系，15 ℃培養(yǎng)20 d，F(xiàn)11 代秸稈降解率分別為34.89%、34.77%和34.44%。培養(yǎng)至F9、F10和F11 代時(shí)，菌系M44、M14 和M2 的秸稈降解率趨于穩(wěn)定，各代數(shù)降解率無(wú)顯著差異。各復(fù)合菌系酶活性如表1 所示，復(fù)合菌M44 的內(nèi)切葡聚糖酶活性為1.90 U·mL?1，與M14 和M2 無(wú)顯著差異，但顯著高于其他菌系；濾紙酶活性表現(xiàn)為M44、M14、M2、P22 間無(wú)顯著差異，但均顯著高于除A14 外的其他菌系，酶活性分別為2.74、2.44、2.43 U·mL?1和2.58 U·mL?1；木聚糖酶活性表現(xiàn)為M44、M14、M2、P22、M1 和M36 間無(wú)顯著差異，但與M38 差異顯著，其中M44 酶活性最高，為10.40 U·mL?1；漆酶的活性表現(xiàn)為M44 與M14 間差異不顯著，但均顯著高于除P22 外的其他菌系，酶活性分別為57.19 U·L?1和61.77 U·L?1；木素過(guò)氧化物酶活性表現(xiàn)為P22和M14顯著高于其他菌系，酶活性分別為97.16 U·L?1和93.71 U·L?1。

表1 復(fù)合菌系酶活性分析Table 1 Enzyme activity analysis of complex strains

根據(jù)秸稈降解率及酶活性指標(biāo)進(jìn)行復(fù)篩，對(duì)復(fù)合菌系M44、M14和M2進(jìn)一步分析，并以團(tuán)隊(duì)之前篩選獲得的復(fù)合菌系GF?20 為對(duì)照。供試菌系來(lái)源見表2。

表2 供試菌系來(lái)源Table 2 Strains collecting site

2.2 復(fù)合菌系酶活性動(dòng)態(tài)分析

2.2.1 復(fù)合菌系濾紙酶、內(nèi)切葡聚糖酶活性動(dòng)態(tài)

由圖2 可知，各復(fù)合菌系纖維素酶活性均隨培養(yǎng)時(shí)間呈先升高后降低的單峰曲線變化。其中，各復(fù)合菌系濾紙酶活性在培養(yǎng)5 d 或10 d 時(shí)達(dá)到峰值，M44的最高酶活性顯著高于其他菌系，為2.53 U·mL?1，較GF?20 高出6.72%。在培養(yǎng)5 d 時(shí)復(fù)合菌系M44 和GF?20的內(nèi)切葡聚糖酶活性均表現(xiàn)最高，酶活性分別為2.33 U·mL?1和2.29 U·mL?1，無(wú)顯著差異。

2.2.2 復(fù)合菌系木聚糖酶活性動(dòng)態(tài)

由圖3 可知，各復(fù)合菌系木聚糖酶活性呈先升高后降低的單峰曲線變化。在培養(yǎng)5 d 時(shí)，各復(fù)合菌系達(dá)到最高值，其中復(fù)合菌M44 的木聚糖酶活性最高，為4.08 U·mL?1，較GF?20高13.97%。

2.2.3 復(fù)合菌系漆酶活性動(dòng)態(tài)

各復(fù)合菌系漆酶活性如圖4 所示，漆酶活性與木聚糖酶活性變化一致。酶活性于培養(yǎng)第5 d 時(shí)達(dá)到峰值，復(fù)合菌M44、M14 和M2 漆酶活性分別為126.94、117.82、113.28 U·L?1，其中，復(fù)合菌M44 酶活性較GF?20高17.88%，且差異顯著。

2.3 復(fù)合菌系玉米秸稈降解特性變化動(dòng)態(tài)

2.3.1 復(fù)合菌系玉米秸稈降解率變化動(dòng)態(tài)

各復(fù)合菌玉米秸稈降解率如圖5所示，隨培養(yǎng)時(shí)間的增加，秸稈降解率呈增加趨勢(shì)，各復(fù)合菌系從培養(yǎng)1 d到5 d的秸稈降解率增幅最大，培養(yǎng)5 d后降解速率減緩。培養(yǎng)20 d時(shí)，復(fù)合菌M44、M14、M2和GF?20的秸稈降解率分別為35.33%、33.34%、31.33%和31.48%，M44降解率較GF?20顯著高出3.85個(gè)百分點(diǎn)。

2.3.2 復(fù)合菌系木質(zhì)纖維素降解率變化動(dòng)態(tài)

由圖6 可知，隨著玉米秸稈的分解，各復(fù)合菌系的木質(zhì)纖維素組分含量逐漸降低，且纖維素降解率顯著高于半纖維素和木質(zhì)素降解率。從培養(yǎng)1 d 到20 d，GF?20處理的秸稈纖維素降解率增加了39.69個(gè)百分點(diǎn)，顯著高于其他菌系；M44 和GF?20 處理的秸稈半纖維素降解率分別為30.34%和28.77%，高于菌系M14 和M2；菌系M44 處理的木質(zhì)素降解率增加了14.63個(gè)百分點(diǎn)，較GF?20高3.28個(gè)百分點(diǎn)，且差異顯著。

2.4 復(fù)合菌系微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)組成差異分析

由玉米秸稈降解特性數(shù)據(jù)可知，篩選馴化所得的復(fù)合菌具有較強(qiáng)的玉米秸稈降解能力，為了進(jìn)一步明確該復(fù)合菌系的優(yōu)勢(shì)菌種，對(duì)其進(jìn)行微生物組成多樣性分析，結(jié)果如圖7 所示。基于門分類水平（Others<1%），各復(fù)合菌系的細(xì)菌群落主要隸屬4 個(gè)門，分別為Proteobacteria（變形菌門）、Firmicutes（厚壁菌門）、Bacteroidetes（擬桿菌門）和Actinobacteria（放線菌門）。其中，Proteobacteria 是菌系中最豐富的細(xì)菌類群，在M44、M14、M2 和GF?20 中相對(duì)豐度分別為53.67%、60.52%、70.10%和65.48%；Firmicutes 在M44中所占比例最高，為26.99%，與M2 和GF?20 差異極顯著，與M14 差異不顯著；Bacteroidetes 在M44、M14、M2 和GF?20 菌系中相對(duì)豐度分別為12.78%、9.93%、20.29%和10.67%，菌系間差異達(dá)極顯著水平；Actino?bacteria 在菌系M44 和M14 中相對(duì)豐度分別為3.03%和6.79%，在M2和GF?20中的比例接近于0。

進(jìn)一步分析復(fù)合菌系M44、M14、M2 和GF?20 組成細(xì)菌屬水平（Others<5%）分類（圖8）得知，菌系M44、M14、M2 與GF?20 在細(xì)菌群落多樣性和組成豐度上均具有顯著差異。菌系M44 中優(yōu)勢(shì)菌屬主要有Trichococcus（毛球菌屬）和Acinetobacter（不動(dòng)桿菌屬），分別占細(xì)菌群落總量的19.65%和13.24%，菌系M14 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中占比最多的是Azospirillum（固氮螺旋菌，13.23%）、Enterococcus（腸球菌屬，8.27%）和Brevundimonas（短波單胞菌屬，7.34%）；菌系M2 細(xì)菌群落組成主要包括Delftia（代爾夫特菌屬，15.33%）、Sphingobacterium（鞘氨醇桿菌屬，12.02%）和Brevun?dimonas（短波單胞菌屬，7.13%）；菌系GF?20 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中占比最多的是Pseudomonas（假單胞菌屬，50.84%）、Dysgonomonas（微生長(zhǎng)單胞菌屬，5.86%）、Achromobacter（無(wú)色桿菌屬，4.94%）。其中，Pseudo?monas在GF?20 中最豐富，顯著高于其他菌系，Dys?gonomonas在菌系M44、M14、M2 和GF?20 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中占比分別為3.73%、3.51%、4.04%和5.86%，菌系間差異不顯著。

3 討論

3.1 玉米秸稈低溫降解復(fù)合菌的篩選

為提高低溫地區(qū)還田作物秸稈腐解速率，低溫秸稈降解菌的篩選研究逐漸成為熱點(diǎn)。王春芳等[11]從秸稈堆肥樣品中獲得復(fù)合菌系F2，40 ℃下培養(yǎng)10 d，秸稈降解率為40.95%；郭夏麗等[17]復(fù)配獲得的秸稈降解復(fù)合菌在30 ℃培養(yǎng)14 d，玉米秸稈降解率為45.7%；劉堯等[18]篩選的復(fù)合菌系22 ℃培養(yǎng)16 d，玉米秸稈降解率達(dá)38.5%；楊夢(mèng)雅等[19]從腐葉土中篩選出的復(fù)合菌系PLC?8，在20 ℃下培養(yǎng)30 d，玉米秸稈的降解率為43.65%。近年來(lái)有關(guān)低溫降解菌的報(bào)道較多，薩如拉等[20]從腐爛樹葉和高原腐爛鋸末中篩選出兩組低溫玉米秸稈降解菌系1 號(hào)和8 號(hào)，15 ℃培養(yǎng)15 d，玉米秸稈降解率分別為30.21%和32.21%；胡海紅等[10]研究表明復(fù)合菌系GF?S72 在10 ℃條件下培養(yǎng)15 d，玉米秸稈降解率為25.6%。本研究在QIN?GGEER 等[14]的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，將碳源由簡(jiǎn)單纖維素材料濾紙?zhí)鎿Q為天然木質(zhì)纖維素材料玉米秸稈，增加了篩選的針對(duì)性和準(zhǔn)確性，縮短了篩選時(shí)間。其中，從內(nèi)蒙古呼倫貝爾風(fēng)干羊糞中篩選獲得一組低溫秸稈降解菌M44，15 ℃培養(yǎng)15 d 后秸稈降解率為33.33%，較中、高溫菌具有更強(qiáng)的低溫降解秸稈能力，且在同等低溫條件（15 ℃下培養(yǎng)15 d）下，較前人研究的秸稈降解率高出3.47%～10.32%，為低溫地區(qū)還田玉米秸稈的快速腐解提供優(yōu)良的菌系資源。秸稈中木質(zhì)素是由聚合的芳香醇構(gòu)成的物質(zhì)[21]，不易被分解，本研究中復(fù)合菌M44 在15 ℃時(shí)漆酶活性較高，且培養(yǎng)20 d木質(zhì)素降解率達(dá)17.44%，在降解木質(zhì)纖維素類物質(zhì)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，具有進(jìn)一步開發(fā)利用的價(jià)值。

3.2 復(fù)合菌系微生物組成多樣性分析

基于門分類水平，菌系M44 主要由Proteobacte?ria、Firmicutes、Bacteroidetes 等組成，研究表明，F(xiàn)ir?micutes 門是污泥堆肥和玉米秸稈堆肥中重要的細(xì)菌類群之一，能利用可發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸等代謝產(chǎn)物，并具有抵抗極端環(huán)境的能力[22]；Bacteroide?tes 能夠分解蛋白胨或葡萄糖，產(chǎn)生琥珀酸、乙酸、甲酸、乳酸和丙酸等秸稈中間代謝產(chǎn)物，具有降解纖維素的能力[23]。本研究中復(fù)合菌系M44 能夠在低溫條件下快速高效地降解玉米秸稈，其中起主要作用的細(xì)菌可能為Trichococcus、Acinetobacter、Pseudomonas、Azospirillum、Flavobacterium、Rhizobium和Brevundimo?nas。有研究表明Trichococcus可以在低溫（低至?5 ℃）下生長(zhǎng)，分解多糖，產(chǎn)生乳酸、甲酸和乙醇等，參與有機(jī)物的分解[24]，為微生物生長(zhǎng)提供所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。Azospirillum是一種與根相關(guān)的固氮螺菌菌株，表現(xiàn)為具有單一極性的弧菌細(xì)胞，分泌過(guò)氧化氫酶、氧化酶、酪蛋白酶、羧甲基纖維素酶等[25?26]；Rhizo?biumYS?1r具有木質(zhì)素降解能力，能夠降解各種木質(zhì)素單體、二聚體以及柳枝草和紫花苜蓿的天然木質(zhì)素，并且分泌木質(zhì)素過(guò)氧化物酶（LiP）[27?28]，這兩種細(xì)菌相對(duì)豐度的增加，可能是菌系M44具有遠(yuǎn)高于對(duì)照菌系的秸稈降解效率和能力的原因之一。孟建宇等[29]研究表 明，Arthrobacter、Flavobacterium、Rhizobi?um、Pseudomonas、Sphingomonas、Acinetobacter等是內(nèi)蒙古大興安嶺森林土壤中的耐低溫降解纖維素細(xì)菌，菌系M44 中Acinetobacter相對(duì)豐度僅次于Trichococ?cus，具有高效產(chǎn)生胞外纖維素酶和半纖維素酶的能力，能夠降解木質(zhì)纖維素類物質(zhì)[30?32]；此外Flavobacte?rium johnsoniae可以有效地降解果膠、幾丁質(zhì)、葡聚糖等生物大分子物質(zhì)[33]，與菌系中其他微生物協(xié)同降解木質(zhì)纖維素，由此推斷，菌系M44 在15 ℃條件下具有更高的秸稈降解能力是由于耐低溫降解木質(zhì)纖維素細(xì)菌在群落組成中更占優(yōu)勢(shì)。菌系M44 中還含有相對(duì)豐度較高的Brevundimonas和Pseudomonas，這一結(jié)果與羅立津等[23]研究中耐低溫降解纖維素菌群A25?3 細(xì)菌群落組成相似，均可產(chǎn)生纖維素酶，具有降解纖維素的能力。此外，復(fù)合菌系M44菌系組成中還有一些微生物不具有木質(zhì)纖維素降解能力，但它們可能與降解纖維素的微生物之間存在協(xié)同作用，使得復(fù)合菌系能夠穩(wěn)定存在并且有效地降解秸稈。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)低溫限制性繼代培養(yǎng)技術(shù)從風(fēng)干羊糞、鮮牛糞和草原草甸土壤中篩選出3 個(gè)具有穩(wěn)定降解玉米秸稈潛力的復(fù)合菌系M44、M14 和M2，15 ℃條件下秸稈降解率分別為35.33%、33.34%和31.33%。其中，復(fù)合菌系M44 漆酶活性較對(duì)照GF ?20 高17.88%，木質(zhì)素降解率高出3.28 個(gè)百分點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用潛力。

（2）復(fù)合菌系M44 中優(yōu)勢(shì)菌屬Trichococcus、Aci?netobacter、Azospirillum、Rhizobium等能夠協(xié)同降解玉米秸稈，提高秸稈降解能力。本研究為木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與利用提供一定的理論指導(dǎo)。