菌糠中高效纖維素分解菌的篩選、鑒定及生物效應(yīng)研究

中圖分類號(hào)：S816.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0435（2025）04-1316-11

Abstract：To screen high eficient celulose degrading strains，，the size of the transparent circle of the strains was determined using Congo red staining method. The activity of carboxymethyl celulose and filter paper was measured using DNS method，and the degradation efect of bacterial strains on corn straw was determined based on straw degradation experiments. The impact on wheat growth was investigated by simulated pot experiments. The results showed that a strain JK-5 capable of efficiently degrading cellulose Was screened from mushroom bran，identified as a member of the genus Celulomonas based on 16S rRNA sequence analysis，and named as Cellulomonas sp. JK-5. After single factor testing and response surface methodology optimization，the carboxymethyl activity could reach . After 15 days of straw degradation，the weight loss rate，hemicellulose degradation rate，and cellulose degradation rate of corn straw were measured to be 60 . 0 9 % ， 52 . 6 3 % ， and 4 9 . 3 0 % ，respectively. The chlorophyll content in wheat leaves cultivated with corn stover treated with strain JK-5 was significantly higher than that of the control group，indicating a positive effect on wheat growth. This strain can serve as a high-quality microbial resource for degrading agricultural waste，and provide experimental evidence for the rapid degradation of corn stover.

KeyWords：Mushroom bran； Celulose degrading bacteria； Response surface optimization；Degradation effect； Biological effects

纖維素在秸稈中含量豐富，我國作為農(nóng)業(yè)大國，每年秸稈產(chǎn)量可達(dá)9億噸[1]。然而，除小部分用于造紙、飼料和紡織業(yè)，大部分秸稈都被焚燒浪費(fèi)，不僅資源未合理利用，還導(dǎo)致嚴(yán)重環(huán)境問題[2]。在綠色發(fā)展趨勢下，提升秸稈中纖維素的腐解效率、促進(jìn)其合理利用，成為解決我國能源與環(huán)境問題的關(guān)鍵方向[3]。

纖維素是世界公認(rèn)的豐富且可再生資源，與秸稈中約占 45 % 的半纖維素和木質(zhì)素共存，二者緊密包裹纖維素大分子，使降解酶難以接觸，導(dǎo)致天然纖維素難以降解。目前纖維素處理方法主要有物理、化學(xué)和生物處理法。物理處理法如機(jī)械粉碎和蒸汽爆破，化學(xué)處理法包括堿、酸水解和氧化法，但這兩種方法普遍存在高能耗、高污染和低回報(bào)的缺陷[4-6]。相比之下，生物處理法通過向纖維素原料中添加纖維素分解菌或纖維素酶進(jìn)行降解，具有環(huán)保、作用條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，降解產(chǎn)物還能作為可再生資源，在緩解糧食短缺、能源危機(jī)等方面發(fā)揮重要作用。通過微生物產(chǎn)生纖維素酶來分解轉(zhuǎn)化纖維素是循環(huán)利用的有效途徑，能改善環(huán)境污染和能源危機(jī)[7-8]

目前國內(nèi)外關(guān)于纖維素分解菌的研究眾多，篩選方法多樣，大多都采用羧甲基纖維素固體培養(yǎng)基分離。王偉等9從長期堆放農(nóng)業(yè)秸稈的土壤中篩選出兩種高效纖維素分解菌菌株并探究了其對秸稈降解的生物效應(yīng)。李雅靜等1°還從蒙古馬的盲腸內(nèi)容物中篩選出具有較高纖維素分解酶活性的解淀粉芽孢桿菌。Saffard等[11從不同來源的堆肥中對有效纖維素分解菌進(jìn)行了分離鑒定。Zhang等[12]從河岸邊腐殖質(zhì)土壤中篩選得到具有一定耐酸性的Terri-genaraoultella并測得其酶活為 ；Li等[13]從閩豬糞便中篩選得到Bacillusvelezensis并測得其酶活為 ，這些微生物的篩選為纖維素資源利用提供依據(jù)，也為動(dòng)物消化系統(tǒng)微生物與宿主生境、食物組成協(xié)同適應(yīng)研究奠定基礎(chǔ)[14]

本研究從菌糠中分離得到一株對纖維素降解能力強(qiáng)的菌株，結(jié)合剛果紅染色法、DNS法以及16SrRNA鑒定，獲得高效降解纖維素的菌株JK-5，并在液體發(fā)酵培養(yǎng)基上對其進(jìn)行產(chǎn)酶條件優(yōu)化，基于響應(yīng)面法優(yōu)化產(chǎn)酶發(fā)酵工藝，提高其降解纖維素能力，進(jìn)行降解能力測試，并將其用于秸稈還田試驗(yàn)，考察對植物生長的影響，為快速降解玉米秸稈提供菌種資源和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

1.1.1培養(yǎng)基羧甲基纖維素培養(yǎng)基：羧甲基纖維素鈉（CMC-Na） ，酵母膏 ，蛋白脈 ，磷酸二氫鉀 ，硫酸鎂 ，氯化鈉 ，瓊脂 1 5 ～ ，蒸餾水 自然。

LB培養(yǎng)基：瓊脂 ，胰蛋白肺 ，酵母粉 ，蒸餾 。

液體產(chǎn)酶鑒定培養(yǎng)基：蒸餾水1L、蛋白肺 、 、酵母膏 ，CMC-Na 。

液體發(fā)酵培養(yǎng)基： ，蔗糖 ，水0.1 。

1.1.2主要試劑 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液：精確稱取 烘干至恒重的無水葡萄糖（分析純）1. 溶于 蒸餾水中，加熱使其溶解，冷卻至室溫，定量轉(zhuǎn)移到 容量瓶中，用蒸餾水定容至 ，充分搖晃均勻后，放于 冰箱中備用。

3，5-二硝基水楊酸（DNS）溶液：準(zhǔn)確稱取 酒石酸鈉加熱溶解（溫度不超過 ，再加人 3，5-二硝基水楊酸，全部溶解后，加入 再加入蒸餾水使總體積至 左右繼續(xù)加熱溶液，溶解后加苯酚 、無水亞硫酸鈉 ，加熱攪拌，全部溶解后冷卻至室溫，加蒸餾水稀釋至 ，存于棕色瓶中，一周后使用。

1 % 羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）溶液：精確成取 放入 燒杯中，加入適量的 的檸檬酸緩沖液，加熱溶解后移入到 容量瓶中，用檸檬酸緩沖液定容到 ，冰箱冷藏 保存?zhèn)溆茫褂们皳u晃均勻。

其他試劑：無菌水、乙醇、剛果紅溶液等。

1.1.3主要儀器SB-JC-1A醫(yī)用凈化工作臺(tái)（上?？等A儀器制造廠），SP-DJ系統(tǒng)垂直凈化工作臺(tái)（上海浦東物理光學(xué)儀器制造廠），PYX-DHS-400-BS-Ⅱ隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱（上?？等A生化儀器制造有限公司），HZ-9311K大容器恒溫培養(yǎng)搖床（上?？等A儀器制造廠），HH-6恒溫水浴鍋（上?？等A儀器制造廠），DZF-IB型真空干燥箱（上?？等A儀器制造廠），HZ-9211K恒溫培養(yǎng)搖床（上?？等A儀器制造廠），MLS-3750全自動(dòng)高壓滅菌鍋（日本三洋電機(jī)株式會(huì)社），BP211D電子分析天平（德國塞利多斯生物工藝公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1菌株的分離、初篩參考邱秀文等[15]方法進(jìn)行富集培養(yǎng)，連續(xù)富集3次后，采用羧甲基纖維素鈉平板法和剛果紅染色法[16]通過觀察并記錄透明圈的直徑（D，cm）和菌落直徑（d，cm），計(jì)算其比值，即 ，初步確定其酶活性。

1.2.2菌株復(fù)篩酶活測定方法參考江國忠[17]的方法，將初篩得到的高產(chǎn)酶菌株分別接種至液體發(fā)酵培養(yǎng)基中， ， 振蕩培養(yǎng)5d后，取上清液測定羧甲基纖維素酶酶活、濾紙酶活。

酶活定義：在 的條件下， 酶液在1h內(nèi)使底物產(chǎn)生 葡萄糖所需的酶量定義為1個(gè)酶活單位（ 。

1.2.3菌株鑒定參考吳佳勇等[18的方法，利用細(xì)菌基因組提取試劑盒提取目標(biāo)菌株基因組，并使用細(xì)菌 片段擴(kuò)增引物對目標(biāo)菌株進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR反應(yīng)體系為 2 × Taq Mix ， DNA模板 ，分別添加 上下游引物 加人雙蒸水至 。PCR擴(kuò)增反應(yīng)程序?yàn)? 預(yù)變性 1 變性 退火 延伸 ，循環(huán)35次； 終延伸 。反應(yīng)結(jié)束后將PCR產(chǎn)物以 1 % 瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測，并送樣進(jìn)行測序，將獲得的測序結(jié)果在美國國家生物信息中心（NCBI網(wǎng)站與已知序列進(jìn)行BLAST比對，選擇同源性較高的序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析并利用MEGA6.0軟件構(gòu)建目標(biāo)菌株的系統(tǒng)發(fā)育樹。

1.2.4 JK-5菌株產(chǎn)酶條件單因素試驗(yàn) 初始培養(yǎng)條件為：溫度 ，時(shí)間 ，初始 為6.0，搖床轉(zhuǎn)速 ，接種量2%，裝液量 。通過單因素試驗(yàn)考察碳源及其濃度、氮源及其濃度、初始 、溫度、裝液量、接種量對JK-5的產(chǎn)纖維素酶活力的影響，試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.2.5響應(yīng)面法優(yōu)化菌株JK-5產(chǎn)酶條件基于單因素試驗(yàn)，選取影響纖維素分解菌酶活性顯著的四個(gè)因素，設(shè)計(jì)四因素三水平的Box-Behnken試驗(yàn)（表1），對菌株JK-5的產(chǎn)酶能力進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，確定最佳產(chǎn)酶條件并驗(yàn)證。

1.2.6JK-5秸稈降解性能分析將菌株JK-5接種在LB液體培養(yǎng)基培養(yǎng) 后，按 5 % 的接種量接種到發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)液中，在恒溫?fù)u床上震蕩培養(yǎng) 后，按 4 % 接菌量將纖維素分解菌株轉(zhuǎn)接到秸稈粉末 + 赫奇遜培養(yǎng)液中（其中 赫奇遜培養(yǎng)液中，含 的玉米秸稈粉末），以不接纖維素分解菌株作為空白對照，3次重復(fù)，每隔3d取樣品，采用減重法測定秸稈粉末的失重率，采用改進(jìn)的VanSoest洗滌法測定樣品的纖維素和半纖維素的含量，連續(xù)測5次，計(jì)算降解率[19]

1.2.7JK-5的生物效應(yīng)研究采用浸種法探究菌株JK-5對小麥種子發(fā)芽率和出苗率的影響[19；基于葉綠素測定儀分析菌株JK-5對小麥葉綠素的影響[9。選取玉米秸稈設(shè)置2個(gè)處理分別為：玉米秸稈 + 菌株JK-5；空白對照（CK）：秸稈+同體積無菌水，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。

1.2.8數(shù)據(jù)處理與分析使用Excel2019進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入整理，Origin2021繪圖，采用SPASS26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，Design-Expert13進(jìn)行響應(yīng)面分析。數(shù)據(jù)為平均值士標(biāo)準(zhǔn)誤。

2 結(jié)果與分析

2.1 分離與篩選

2.1.1初篩采用羧甲基纖維素鈉平板法和剛果紅染色法，從菌糠中共篩出30株具有纖維素降解能力的菌株。表2可知，JK-5，JK-12，JK-13，JK-14，JK-15，JK-16以及JK-17七個(gè)菌株的水解圈D/d值較大，均超過3.50，其中JK-5菌株菌落直徑水解圈直徑與菌落直徑D/d值為6.35，表明JK-5菌株可能為高產(chǎn)纖維素酶的降解菌。

2.1.2復(fù)篩為進(jìn)一步確定高產(chǎn)纖維素酶的降解菌，對初篩得到的30株菌株進(jìn)行酶活力測定，結(jié)果如表3所示，可見菌株JK-5的產(chǎn)纖維素酶的活力CMC與FPA都較高，分別是 （ 4 4 . 4 5 ± 0 . 7 1 ） 和 。CMC反映了內(nèi)切酶的活力，而FPA反應(yīng)了纖維素酶系的綜合活力，即菌株JK-5產(chǎn)纖維素酶的內(nèi)切酶活力及酶系綜合活力都相對較高。因此，確定菌株JK-5為最終獲得的目的菌株。

2.2 菌株鑒定

采用Neighbor-Joining法推斷進(jìn)化歷史。給出了最優(yōu)樹，在引導(dǎo)測試（2000個(gè)重復(fù)）中，相關(guān)類群聚集在一起的復(fù)制樹的百分比顯示在分支旁邊。進(jìn)化距離采用p-distance方法計(jì)算，以每個(gè)位點(diǎn)的堿基差異數(shù)為單位。該分析涉及16個(gè)核苷酸序列。每個(gè)序列對的所有模糊位置都被刪除（成對刪除選項(xiàng)）。最終數(shù)據(jù)集中共有1462個(gè)位置。在MEGAX中進(jìn)行了進(jìn)化分析，結(jié)果如圖1所示。

對JK-5菌株的16SrRNA基因進(jìn)行測序，全長 。通過與NCBI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，結(jié)果顯示JK-5菌株與纖維單胞菌（Cellulomonas）的多個(gè)菌株具有較高的同源性，序列一致性超過 9 9 % 。采用MEGA11.0進(jìn)行建樹分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)JK-5與登錄號(hào)為FJ542810的Cellulomonassp.SY38聚在同一分支，與同屬的其他種存在明顯的遺傳距離，故初步鑒定菌株屬于CeLulomonas，命名為Cellulomonas sp.JK-5。

2.3單因素對菌株JK-5的影響

不同氮源條件下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖2所示：菌株JK-5在以硫酸銨為氮源時(shí)，CMCase酶活力最低，為 ；在以硝酸銨為氮源時(shí)，F(xiàn)Pase酶活力最低，為 ；在以牛肉膏為氮源時(shí)，CMCase和FPase兩者酶活力最高，分別為 和 ，因此，后續(xù)以牛肉膏為氮源進(jìn)行試驗(yàn)。

不同碳源條件下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖3所示：菌株JK-5在以玉米粉為碳源時(shí)，CMCase酶活力最低，為 ，在以乳糖為碳源時(shí)，F(xiàn)Pase酶活力最低，為 ，在以淀粉為碳源時(shí)，CMCase和FPase兩者酶活力最高，分別為 和 ，因此，后續(xù)以淀粉為碳源進(jìn)行試驗(yàn)。

不同初始氮源濃度下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖4所示：菌株在氮源濃度范圍為 1 ～ 下，CMCase和FPase均有一定活性，且隨著氮源濃度的不斷升高，兩種纖維素酶活力均呈先升高后下降的趨勢，氮源濃度在 時(shí)，兩種纖維素酶活力較大，當(dāng)?shù)礉舛葹? 時(shí)，CMCase和FPase酶活力達(dá)最大值，為 和 ，因此，選取氮源濃度為 進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

不同初始碳源濃度下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖5所示：菌株在碳源濃度范圍為 2 0 ～ 下，CMCase和FPase均有一定活性，且隨著碳源濃度的不斷升高，兩種纖維素酶活力均呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)碳源濃度為 時(shí)，CMCase和FPase酶活力達(dá)最大值，為 和 因此，選取碳源濃度為 進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

不同初始pH下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖6所示：菌株在 為 時(shí)，CMCase和FPase均有一定活性，且隨著 的不斷升高，兩種纖維素酶活力均呈先升高后下降的趨勢，當(dāng) 時(shí)，CMCase和FPase酶活力達(dá)最大值，為151.06 和 ，故后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇

進(jìn)行。

不同初始溫度下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖7所示：菌株在溫度范圍為 時(shí)，CMCase和FPase均有一定活性，且隨著溫度的不斷升高，兩種纖維素酶活力均呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)溫度為 時(shí)，CMCase和FPase酶活力達(dá)最大值，為 和 因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇溫度為 時(shí)進(jìn)行。

不同初始裝液量下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖8所示：隨著裝液量的不斷增加，兩種纖維素酶活力均呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)裝液量為 時(shí)，CMCase和FPase酶活力達(dá)最大值，為 和 ，因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)裝液量為 。

不同初始接種量下，菌株JK-5的CMCase和FPase活性如圖9所示：隨著接種量的不斷增加，兩種纖維素酶活力均呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)接種量為 4 % 時(shí)，CMCase和FPase酶活力達(dá)最大值，為（20號(hào) 和 。

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.4.1模型構(gòu)建及方差顯著性分析根據(jù)2.3中的單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇對JK-5菌株的羧甲基纖維素酶活性影響較顯著的4個(gè)因素：溫度 ）、淀粉濃度 、牛肉膏濃度 ，初始 值（4.5，5.0，5.5），通過DesignExpert13軟件進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以菌株的酶活力作為響應(yīng)值，進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，優(yōu)化得到其最佳產(chǎn)酶條件，具體Box-Behnken試驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)與結(jié)果見表4。

將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過Design-Expert13軟件進(jìn)行多元擬合，可得酶活力的回歸方程：

（

基于上述方程，對模型進(jìn)行顯著性分析，菌株JK-5酶活性所對應(yīng)模型 P 值均 ，表明其影響極顯著，同時(shí)失擬項(xiàng) ，表現(xiàn)為不顯著，證明模型具備較高可靠性；模型 ，且 與 之間差值 lt; 0 . 2 ，證明其與試驗(yàn)具體情況高度擬合；模型信噪比（S/N）均 ，證明模型可靠，綜上所述，認(rèn)為可以采納該實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行（表5）。

各因素對于JK-5酶活性的顯著性表現(xiàn)為因素 ，即牛肉膏濃度 值 gt; 溫度 gt; 淀粉濃度。其中，一次項(xiàng)C，D對結(jié)果影響為極顯著（ P lt; 0.01）；交互項(xiàng)中AB，BC，BD，CD均為顯著影響中 ，AD為極顯著 ；二次項(xiàng) 均為極顯著影響 （表5）。2.4.2響應(yīng)面交互作用分析由圖10可知，通過對兩因素之間互交作用實(shí)驗(yàn)分析，除B（淀粉濃度）與D（初始pH）交互作用對于菌株JK-5酶活性影響的等高線圖像近似圓形，表示影響不顯著外。其他等高線圖像均近似橢圓形，表示影響顯著。分析響應(yīng)面圖像，當(dāng)任意兩因素一定時(shí)，酶活性均隨剩余兩因素水平升高先上升再下降。

通過DesignExpert13軟件對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ颓蠼?，得出該?shí)驗(yàn)中響應(yīng)值Y同時(shí)達(dá)到最優(yōu)的產(chǎn)酶條件，即：培養(yǎng)溫度 、淀粉 牛肉膏 值7.02，該培養(yǎng)條件下酶活性最大值為

為檢驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果的可靠程度，對其進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)?？紤]到現(xiàn)實(shí)中試驗(yàn)操作難度，精簡數(shù)值為：培養(yǎng)溫度 淀粉濃度 、牛肉膏濃度為 、pH值為7.0，發(fā)酵其他條件按照2.3確定的最佳培養(yǎng)條件進(jìn)行，最終測得酶活性為 ，基本接近模型預(yù)測結(jié)果，故認(rèn)為通過響應(yīng)面法優(yōu)化JK-5菌株的產(chǎn)酶條件具備較強(qiáng)的可行性。

2.5 JK-5秸稈降解性能分析

菌株JK-5對玉米秸稈的降解能力情況如圖11所示。相較于對照組，添加菌株JK-5后，玉米秸稈的失重率、半纖維素降解率以及纖維素降解率均顯著提升。隨著降解時(shí)間的推移，上述各指標(biāo)呈現(xiàn)出升高的趨勢，在前期，各處理下的玉米秸稈粉末失重率、半纖維素降解率以及纖維素降解率增長較為迅速；而隨著時(shí)間進(jìn)一步增加，至后期時(shí)，玉米秸稈粉末失重率、半纖維素降解率、纖維素降解率的增長速率逐漸變緩。經(jīng)過15d的處理后，JK-5菌株對應(yīng)的失重率、半纖維素降解率以及纖維素降解率相較于對照組，分別提高了 5 2 . 8 7 % ， 4 6 . 7 3 % 與 4 8 . 3 4 % 。

2.6JK-5對小麥的生物效應(yīng)

菌株JK-5對小麥的出芽與出苗情況具有一定的促進(jìn)作用，試驗(yàn)組的出芽率與出苗率顯著高于對照組（表 。玉米秸稈降解過程中，小麥葉片的葉綠素含量試驗(yàn)組相對較高，分別為45.14，44.86，50.82，51.48，50.49，51.39，50.93 mg·L-1，平均值為 ，說明JK-5可促進(jìn)小麥的生長（圖12）。

3討論

作物秸稈屬于可再生資源，焚燒秸稈導(dǎo)致生物資源的浪費(fèi)，又引發(fā)了生態(tài)環(huán)境問題，在近些年來逐漸受到關(guān)注。如何探尋一種既安全又有效且省時(shí)省力的秸稈處理辦法，這對于秸稈的有效利用而言具有關(guān)鍵意義。微生物降解法是目前該領(lǐng)域的熱門研究方向，分離纖維素分解菌的方法較多，目前大多都采用羧甲基纖維素固體培養(yǎng)基分離，但有報(bào)道指出不同分離培養(yǎng)基分離出的微生物菌群結(jié)構(gòu)有所差異，有些具有代表性的微生物喜低營養(yǎng)條件，在固體培養(yǎng)基上生長較差，利用羧甲基纖維素固體培養(yǎng)基和赫奇遜濾紙條液體培養(yǎng)基同時(shí)分離纖維素分解菌，優(yōu)于單一方法[9]。陳歡等[20]發(fā)現(xiàn)菌落 平均值與纖維素降解相關(guān)酶活性呈顯著正相關(guān) ，故本研究通過該方法并結(jié)合羧甲基纖維素一剛果紅染色法和CMC、FPA酶活性測定法篩選出1株高效纖維素分解菌菌株JK-5，根據(jù)16SrRNA序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育分析，初步確定菌株JK-5屬于Cellulomonas。Cellulomonas是一類革蘭氏陽性的好氧或兼性厭氧菌，在自然條件下能產(chǎn)生多種與降解纖維素相關(guān)的酶類，具有較好的纖維素降解能力[21]。周澤等[22]通過分析菌株產(chǎn)纖維素酶

活性與秸稈降解效果之間的關(guān)系，明確纖維素內(nèi)切酶與外切酶是菌株降解秸稈的主要驅(qū)動(dòng)因素，通過響應(yīng)面法對產(chǎn)酶條件進(jìn)行優(yōu)化獲得酶活性可達(dá) ，較優(yōu)化前提高5倍，其酶活力高于王偉等9從土壤中篩選出的栗褐鏈霉菌和枯草芽孢桿菌及周云昊等23從金針菇菌糠中篩選出的深紅沙雷菌和黏質(zhì)沙雷菌。接種好氧的木質(zhì)纖維分解微生物，能夠極大程度地促進(jìn)不同農(nóng)業(yè)廢棄物，尤其是農(nóng)作物秸稈的分解[24]；王偉等[9]篩選的纖維素分解菌HLF4和YDL3菌株的降解玉米秸稈失重率分別為 4 9 . 3 3 % 和 5 3 . 5 3 % ；王加友等25篩選的SY-403菌株對玉米秸稈降解秸稈失重率 21 . 6 8 % ；然而，菌株JK-5降解玉米秸稈失重率、半纖維素降解率以及纖維素降解率分別為 6 0 . 0 9 % ， 5 2 . 6 3 % 以及5 2 . 5 4 % 。這可能是微生物主導(dǎo)了秸稈降解，而菌株JK-5可在最適條件下大量繁殖生長，菌株與秸稈表面接觸緊密，其分泌的菌絲可破壞木質(zhì)纖維素的分子結(jié)構(gòu)，加速秸稈降解[26-27]。同時(shí)，菌株JK-5也具有較高的酶活性，5d時(shí)其酶活性達(dá)到 菌株產(chǎn)生的酶破壞了秸稈中纖維素、半纖維素形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。前人研究發(fā)現(xiàn)使用SEM可以更直觀的看出秸稈纖維束的降解斷裂情況[26，28]。

秸稈還田可改善土壤環(huán)境，促進(jìn)了植株根系的生長發(fā)育，從而增加了作物產(chǎn)量。常勇等29研究表明水稻中后期秸稈還田不僅增加水稻產(chǎn)量，還改善土壤理化性質(zhì)；王偉等9研究表明纖維素分解菌分解玉米秸稈處理對紫蘇和油菜生長和抗逆能力有一定的促進(jìn)作用；楊雪等30研究發(fā)現(xiàn)具有一定纖維素降解能力的解淀粉芽孢桿菌DGL1具有促進(jìn)4種牧草種子萌發(fā)和幼苗生長的能力；Wu等31從水稻土中分離到一株高效纖維素分解菌纖維單胞菌屬ZJW-6發(fā)現(xiàn)在改善水稻土壤和促進(jìn)水稻生長方面比普通腐殖酸更有效。本研究利用纖維素分解菌JK-5處理后的小麥種子出芽率與出苗率顯著高于對照組，用其處理后的玉米秸稈栽培的小麥葉片葉綠素含量顯著高于對照組，揭示菌株JK-5對小麥的生長有積極健康的作用。

4結(jié)論

本研究從菌糠中分離篩選出高效降解纖維素的菌株Cellulomonassp.JK-5，經(jīng)單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面法優(yōu)化后酶活達(dá) 。玉米秸稈降解試驗(yàn)測得經(jīng)菌株JK-5處理16天后的秸稈失重率、半纖維素和纖維素降解率分別為 60 . 0 9 % ， 52 . 6 3 % ，49 . 3 0 % 。秸稈還田試驗(yàn)表明，經(jīng)菌株JK-5處理的玉米秸稈應(yīng)用于小麥能顯著提高其葉綠素含量，促進(jìn)生長。菌株JK-5可降解農(nóng)業(yè)廢棄物，但其降解機(jī)制及對農(nóng)田土壤和微生物群落的影響需進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯彭露茜）