探究“廚余垃圾微生物發(fā)酵液對(duì)植物生長(zhǎng)影響”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

摘要：作者對(duì)新人教版教材“微生物的選擇培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)和“探索植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行聯(lián)合拓展，用纖維素、淀粉、油脂的選擇鑒定培養(yǎng)基分離純化得到纖維素分解菌、淀粉分解菌、油脂分解菌，將分離得到的微生物用于分解廚余垃圾，得到的發(fā)酵液作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，探索不同濃度的廚余垃圾發(fā)酵液對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明分離得到的微生物易培養(yǎng)，分解能力強(qiáng)，廚余垃圾發(fā)酵液對(duì)種子萌發(fā)、插條生根和新葉試驗(yàn)都有促進(jìn)效果。

關(guān)鍵詞：微生物；廚余垃圾；植物生長(zhǎng)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G424.31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3583（2024）-0136-03

Innovative Experimental Design to Explore the Impact of Micro-bial Fermentation Broth from Kitchen Waste on Plant Growth

YANG Tian-Lun，CHEN Bo-Li，HE Huan

（Chishui No.3 Middle School，Chishui 564700，China）

Abstract：This article jointly expands the experiment on“selective cultivation of microorganisms”and the experiment on“exploring the application of plant growth regulators”in the People’s Education Press textbook.Cellulose decomposing bacteria，starch decomposing bacteria，and oil decomposing bacteria are separated and purified using a selective culture medium of cellulose，starch，andoil.Thesep-arated microorganisms are used to decompose kitchen waste，and the fermentation broth obtained is used as a plant growth regulator.Exploring the effects of different concentrations of kitchen waste fermentation broth on plant growth，the results showed that the isolated microorganisms were easy to cultivate and had strong decomposition ability.The kitchen waste fermentation had promoting effects on seed germination，cuttingsrooting，and new leaf experiments.

keywords：microorganisms;kitchenwaste;plantgrowth;innovation experiment

“微生物的選擇培養(yǎng)”是新人教版高中生物學(xué)教材選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》第一章第2節(jié)中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生用選擇培養(yǎng)基分離得到尿素分解菌，初步掌握了微生物分離的方法，但沒(méi)有對(duì)分離得到的尿素分解菌進(jìn)行鑒定和應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)利用三種選擇鑒定培養(yǎng)基分離微生物，這些培養(yǎng)基不僅可以分離純化微生物，還可以通過(guò)培養(yǎng)基上出現(xiàn)的透明圈或水解圈大小對(duì)其分解能力進(jìn)行初步判斷。分離鑒定得到3種分解能力強(qiáng)的纖維素分解菌、淀粉分解菌、油脂分解菌，送往成都擎科梓熙生物技術(shù)有限公司進(jìn)行DNA分子標(biāo)記擴(kuò)增和測(cè)序，并對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行BLAST分析。在確定三種菌的種屬后，培養(yǎng)其用于分解廚余垃圾，得到的廚余發(fā)酵液作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑?？傊狙芯拷Y(jié)合新人教版高中生物學(xué)教材選擇性必修1《穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第五章第3節(jié)中“探索植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)“探索不同濃度的廚余垃圾發(fā)酵液對(duì)植物生長(zhǎng)的影響”實(shí)驗(yàn)[1-3]，從而實(shí)現(xiàn)孤立實(shí)驗(yàn)的有機(jī)整合。此外，將分離得到的微生物用于解決廚余垃圾污染問(wèn)題，不僅可以達(dá)到廢物利用目的[4]，同時(shí)達(dá)到學(xué)以致用，提高科學(xué)探究能力，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)的目的。

1實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1培養(yǎng)基及試劑

淀粉培養(yǎng)基、纖維素剛果紅培養(yǎng)基、中性紅油脂分解培養(yǎng)基，購(gòu)自阿勒山生物試劑公司；碘液、剛果紅、中性紅檢測(cè)試劑，購(gòu)自阿勒山生物試劑公司。

1.2微生物的分離和鑒定

菌種的分離[5-6]，將采集到的土樣和水樣，用無(wú)菌水作10倍系列稀釋，選取合適的稀釋度。取10-4、10-5、10-6、10-7稀釋液，各取0.2ml涂布于纖維素、淀粉、油脂分離鑒定培養(yǎng)基，倒置，28℃培養(yǎng)3天。如纖維素培養(yǎng)基平板中菌落周圍形成無(wú)色透明圈，淀粉培養(yǎng)基平板中菌落周圍用碘液檢測(cè)形成無(wú)藍(lán)色水解圈，油脂培養(yǎng)基平板中菌落周圍形成無(wú)色透明圈則表明以上所分離菌株分別能分解利用培養(yǎng)基中的纖維素、淀粉和油脂。

菌種的鑒定，將以上分離純化后的三種菌株先在顯微鏡下觀察，初步確定其細(xì)胞形態(tài)，然后再將其送往成都擎科梓熙生物技術(shù)有限公司進(jìn)行DNA分子標(biāo)記擴(kuò)增和測(cè)序。并對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行BLAST分析，確定分離菌的種屬。

1.3菌種的擴(kuò)大化培養(yǎng)

于超凈臺(tái)將鑒定后的105-SA1、104-TA7、104-SA1三種菌株分別接種于液體淀粉培養(yǎng)基、液體中性甘油脂分解培養(yǎng)基、液體纖維素剛果紅培養(yǎng)基，置于恒溫?fù)u床中，在28℃、180r/min條件下振蕩培養(yǎng)3天。培養(yǎng)好的幾種微生物種子液用于接下來(lái)的廚余垃圾分解試驗(yàn)。

1.4微生物分解能力試驗(yàn)[7]

將采集到的廚余垃圾分成四組。第一組，淀粉分解菌分解能力試驗(yàn)：稱取米飯1970g裝于發(fā)酵罐中，接種30g淀粉分解菌105-SA1菌液，加水至完全淹沒(méi)后混合均勻，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并設(shè)置一組空白對(duì)照，加入30g水，其他條件一致。第二組，纖維素分解菌分解能力試驗(yàn)：稱取果皮蔬菜1970g裝于發(fā)酵罐中混勻，接種30g纖維素分解菌104-SA1菌液，加水至完全淹沒(méi)后混合均勻，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并設(shè)置一組空白對(duì)照，加入30g水，其他條件一致。第三組，油脂分解菌分解能力試驗(yàn)：稱取油脂1970g裝于發(fā)酵罐中，接種30g油脂分解菌104-TA7菌液，加水至完全淹沒(méi)后混合均勻，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并設(shè)置一組空白對(duì)照，加入30g水，其他條件一致。第四組，混合菌種分解能力試驗(yàn)：稱取等量米飯、果皮蔬菜、油脂共計(jì)1970g裝于發(fā)酵罐中，分別接種三種菌液各10g，共30g，加水至完全淹沒(méi)后混合均勻，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并設(shè)置一組空白對(duì)照，加入30g水，其他條件一致。將以上發(fā)酵瓶標(biāo)記發(fā)酵類型和時(shí)間等。

1.5探索不同濃度的廚余垃圾發(fā)酵液對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

配制發(fā)酵液稀釋液，將上述四種廚余垃圾發(fā)酵液用蒸餾水分別配置成1：10、1：50、1：100、1：200、1：300、1：400的稀釋液，選取市場(chǎng)上售賣的菌劑（農(nóng)富康種植菌劑）作為陽(yáng)性對(duì)照，該菌劑按照說(shuō)明書配制溶液。

種子萌發(fā)試驗(yàn)，在芹菜種子中選取顆粒飽滿、無(wú)病蟲害、整齊一致的種子若干，置于裝有被不同稀釋液浸潤(rùn)的雙層紙巾的培養(yǎng)皿中，每組發(fā)酵液共設(shè)6個(gè)梯度處理，每個(gè)梯度3次重復(fù)，每組30顆芹菜種子，清水作為空白對(duì)照。培養(yǎng)于常溫環(huán)境下，培養(yǎng)14天，每天噴灑自來(lái)水以保持濕度。每隔24小時(shí)調(diào)查處理后的種子的發(fā)芽情況。

生根、新葉試驗(yàn)，將事先選好的生長(zhǎng)旺盛、無(wú)病蟲害、生命力強(qiáng)的富貴竹若干，剪成10cm左右的插條，把這些插條分別浸泡在上述相應(yīng)的不同濃度溶液中一天后，再轉(zhuǎn)移至清水中觀察其生根情況，每組發(fā)酵液共設(shè)6個(gè)梯度處理，每個(gè)梯度3次重復(fù)，每組3個(gè)枝條，清水浸泡處理作為陰性對(duì)照，農(nóng)富康種植菌劑作為陽(yáng)性對(duì)照。培養(yǎng)于常溫環(huán)境下，培養(yǎng)21天，每天記錄其每根枝條生根數(shù)、葉片數(shù)及最后統(tǒng)計(jì)每組平均生根長(zhǎng)度。

2結(jié)果與分析

通過(guò)稀釋涂布平板法，在稀釋倍數(shù)為105倍的水樣中分離得到一株水解淀粉效果最好的菌株105-SA1，滴加碘液后，與其他平板比形成無(wú)藍(lán)色水解圈，說(shuō)明分解淀粉能力較其他分離菌株強(qiáng)，檢測(cè)結(jié)果見圖1；在稀釋倍數(shù)為104倍的土樣中分離得到一株分解油脂效果最好的菌株104-TA7，在該菌落周圍形成非常明顯的透明圈，說(shuō)明其分解油脂能力強(qiáng)，平板菌落見圖2；在稀釋倍數(shù)為104倍的水樣中分離得到一株分解纖維素效果最好的菌株104-SA1，在該菌落周圍形成較明顯的透明圈，說(shuō)明其分解纖維素能力強(qiáng)，平板菌落見圖3。圖4、圖5、圖6是三種分離菌株在400倍光學(xué)顯微鏡細(xì)胞觀察圖，淀粉分解菌、油脂分解菌和纖維素分解菌細(xì)胞形態(tài)分別是長(zhǎng)桿狀、球狀、短桿狀。

通過(guò)對(duì)分離到的菌株DNA測(cè)序結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)（https：//blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi）進(jìn)行BLAST分析，初步鑒定105-SA1菌株為溶淀粉芽孢桿菌，其作用是分解淀粉，見圖7；104-TA7菌株為門多薩假單胞，其作用是分解油脂，見圖8；104-SA1解木聚糖類芽孢桿菌，其作用是分解纖維素，見圖9。

芹菜種子的萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)果=分析，分析表1和圖10可知，芹菜種子經(jīng)不同微生物發(fā)酵液處理14天后，與空白相比，纖維素發(fā)酵液1：50和1：100、油脂發(fā)酵液1：50、1：200和1：300混合發(fā)酵液1：100對(duì)芹菜種子的萌發(fā)均有促進(jìn)作用，其中油脂發(fā)酵液1：200的促進(jìn)效果最佳，種子的萌發(fā)率提高16%。而淀粉發(fā)酵液和菌液發(fā)酵液（陽(yáng)性對(duì)照）對(duì)芹菜種子的萌發(fā)沒(méi)有促進(jìn)作用。

從富貴竹平均生根數(shù)目結(jié)果可知（見表2和圖11），與空白相比，纖維素發(fā)酵液1：200，淀粉發(fā)酵液各個(gè)濃度，油脂發(fā)酵液各個(gè)濃度，混合發(fā)酵液各個(gè)濃度，菌液發(fā)酵液（陽(yáng)性對(duì)照）1：100、1：300和1：400對(duì)富貴竹生根數(shù)目均有促進(jìn)作用，其中混合發(fā)酵液1：200和1：300對(duì)富貴竹生根數(shù)促進(jìn)效果最佳，與空白組相比富貴竹生根數(shù)目增加了約25根。

從富貴竹平均生根長(zhǎng)度結(jié)果可知（見表2和圖12），與空白相比，纖維素發(fā)酵液1：300，淀粉發(fā)酵液1：10和1：50，油脂發(fā)酵液1：50、1：200和1：300，混合發(fā)酵液1：10、1：50、1：100、1：300和1：400對(duì)富貴竹生根長(zhǎng)度均有促進(jìn)作用，菌液發(fā)酵液（陽(yáng)性對(duì)照）對(duì)富貴竹生根長(zhǎng)度沒(méi)有促進(jìn)作用，其中混合發(fā)酵液1：400對(duì)富貴竹生根長(zhǎng)度促進(jìn)效果最佳，與空白組相比富貴竹生根長(zhǎng)度增加了約2.18cm。

從富貴竹平均新葉數(shù)目結(jié)果可知（見表2和圖13），與空白相比，纖維素發(fā)酵液各個(gè)濃度，淀粉發(fā)酵液1：10、1：100、1：200和1：300，油脂發(fā)酵液1：50、1：100、1：200和1：300，混合發(fā)酵液1：50和1：100，菌液發(fā)酵液（陽(yáng)性對(duì)照）1：50、1：100和1：400對(duì)富貴竹新葉數(shù)均有促進(jìn)作用，其中纖維素發(fā)酵液1：300和淀粉發(fā)酵液1：10對(duì)富貴竹新葉數(shù)促進(jìn)效果最佳，與空白組相比富貴竹新葉數(shù)目增加了1片。

3結(jié)論

研究表明，通過(guò)利用微生物的培養(yǎng)、分離與鑒定技術(shù)，從土壤、農(nóng)民的水肥中分離純化所獲得的三種微生物具有能夠分解廚余垃圾相應(yīng)成分的能力，通過(guò)試驗(yàn)證明，在空白對(duì)照以及與市場(chǎng)上售賣的菌劑作陽(yáng)性對(duì)照的情況下，三種微生物不同的發(fā)酵液在不同的濃度下在對(duì)芹菜種子萌發(fā)和富貴竹的枝條生根、新葉數(shù)有促進(jìn)作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以體會(huì)到微生物的選擇培養(yǎng)過(guò)程中利用自主分離得到的微生物可以解決廚余垃圾環(huán)境污染，使廚余垃圾在微生物作用下轉(zhuǎn)化為發(fā)酵液，并將微生物應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活，為今后運(yùn)用綜合知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題獲得啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鴻雁，鹿欽輝，時(shí)春江，等.細(xì)菌發(fā)酵液對(duì)小白菜種子萌發(fā)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（8）：3960-3961.

[2]劉拴成，張翠英，穆俊祥，等.微生物發(fā)酵液對(duì)九月菊扦插生根的影響[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2012（4）：29-30.

[3]周述明，于皓然，苗彥軍，等.高原地區(qū)廚余垃圾發(fā)酵堆肥質(zhì)量分析及其對(duì)青稞種子發(fā)芽的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，61（19）：39-42.

[4]朱曉秀.餐廚垃圾水解過(guò)程中分解酶功能表現(xiàn)和水解產(chǎn)物的研究[D].南京：南京大學(xué)，2016.

[5]宋貴珍，孫永亮，蘇斌，等.吡蟲啉降解菌BCL-1的分離鑒定及對(duì)桑園污染土壤的修復(fù)[A].中國(guó)蠶學(xué)會(huì).中國(guó)蠶學(xué)會(huì)2018年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，2018：2.

[6]薛靜，陶樹興，田澤英，等.脂肪酶產(chǎn)生菌的篩選·產(chǎn)酶條件及酶特性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（15）：8826-8830.

[7]吳昊，宗志敏，張贛道.生活垃圾處理機(jī)中復(fù)合微生物降解廚余垃圾的機(jī)理研究[J].環(huán)境工程，2017，35（5）：103-106.

（責(zé)任編輯：羅東升）