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复合菌GF-20具有低温高效降解玉米秸秆的分解活性,但微生物组成复杂,低温降解机理尚不清楚,不利于菌剂生产。因此本研究利用宏基因组测序技术对复合菌GF-20进行高通量测序,依据测序数据对复合菌系的菌群结构、菌种组成进行分析,深入探讨其微生物组成类型、优势功能菌及代谢模式;在此基础上对GF-20关键组成菌株进行分离,再组配。并明确组配菌的功能特性,旨在简化GF-20菌种组成,提高降解效率。主要研究结果如下:1.复合菌GF-20菌种组成及功能多样性:利用宏基因组学测序技术明确复合菌GF-20微生物菌群结构、功能基因、代谢方式及物种多样性。结果表明,复合菌GF-20主要由细菌组成,门水平主要由Proteobacteria(丰度为62.84%),Bacteroidete(丰度为10.24%)组成,在属水平主要由Pseudomonas(丰度为50.84%)、Dysgonomonas(丰度为 5.86%)、Achromobacter(丰度为 4.94%)、Stenotrophomonas(丰度为 3.67%)、Flavobacterum(丰度为2.04%)组成,代谢方式主要为碳水化合物代谢及氨基酸代谢,同时具有信号传导、细胞转运等多种代谢方式,编码的功能基因主要分布于糖苷水解酶基因,功能酶为β-葡萄糖苷酶、乙酰辅酶A、丙酮酸脱氢酶及半乳糖苷酶,此外GF-20编码蛋白淀粉酶、糖原磷酸化酶、糖原脱支酶、葡萄糖苷酶和内切葡聚糖酶基因,编码完整的磷酸戊糖途径和糖酵解途径,具有将淀粉、纤维素和蔗糖等降解的功能。2.复合菌GF-20玉米秸秆降解模式:通过对宏基因组测序菌种组成、代谢通路、酶基因、酶等分析,明确复合菌GF-20玉米秸秆降解途径,探明微生物菌群与秸秆降解之间的关系。结果表明,复合菌GF-20对玉米秸秆纤维素主要是由Dysgonomonas、Sphingobacterium、Flavobacterium、Parabacteroides、Pleomorphomonas、Arcticibacter、Elizabethkingia、Neisseria、Mycobacterium、Stenotrophomonas、Paenibacillus 及Cellulomonas等菌属产生的β-葡萄糖苷酶和内切葡聚糖酶降解。半纤维素由Pedobacter、Pleomophomonas、Cellulomonas、Prevotella、Dysgonomonas、Parabacteroides、Pusillimonas、Nocardiopsis、Rhizobium、Chitinophaga、Agrobacterium、Rikenella、Alistipes、Draconibacterium、Proteiniphilun等菌属产生的木聚糖酶、木葡聚糖酶、甘露聚糖酶及支链酶协同作用,降解产生的多糖或单糖通过糖酵解、磷酸戊糖途径及三羧酸循环彻底降解为水、CO2及有机酸。3.菌株分离与复配:为简化复合菌菌种组成,提高降解效率,利用不同培养基对复合菌组成单菌株进行分离、纯化及复配。结果表明,分离纯化获得27株单菌,其中13株可形成水解圈;通过滤纸条崩解试验、玉米秸秆降解能力及相关酶活性对获得11组复配菌进行筛选,结果表明ZH玉米秸秆降解效果最优,滤纸酶活性为11.12 U/ml,木聚糖酶活性为2.65 U/ml,漆酶活性为27.68 U/L,降解率为28.72%,较对照增加22.94%,且仅由A3和A4两株菌组成。经16S rDNA分子鉴定A3为Achromobacter deleyi,A4为Pseudomonas plecoglossicida。为构建更高效的玉米秸秆降解菌系,利用真菌与细菌秸秆降解机理的不同,添加纤维素降解真菌A(Aspergillus terreus)和木质素降解真菌P(Phanerochaete Chrysosporium)与A3和A4进行组合优化。结果表明复配菌Z较ZH玉米秸秆降解率、滤纸酶活性、木聚糖酶活性、漆酶活性分别提高了 11.71%、2.58 U/ml、3.21 U/ml、36.76 U/L,显著提升了玉米秸秆降解效率。4.复配菌Z玉米秸秆降解特性研究:通过对复配菌Z酶活特性、生长特性、VFA含量的研究,探明复配菌Z的玉米秸秆降解特性。结果表明,复配菌在15℃条件下培养72 h进入对数生长期,发酵液pH在6.7-8.6间浮动,在0.02%-2.5%盐浓度、初始pH 4.0-9.0及13℃-25℃温度范围内,复配菌滤纸酶活性、木聚糖酶活性、漆酶活性及玉米秸秆降解率均保持80%以上的效率,有较好的稳定性。复配菌Z不同培养代数玉米秸秆降解性能差异不显著。复配菌Z在以未灭菌玉米秸秆为碳源条件下,玉米秸秆降解性能显著高于以玉米秸秆灭菌碳源条件下。室外土培应用试验表明,施入复配菌Z具有促腐作用,能促进木质纤维素的降解,提高土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、纤维素酶、脲酶活性。5.复配菌Z菌株协同促进作用分析:利用剔除法对复配菌Z组成菌株进行逐一剔除,探明其组成菌株间协同促进关系。结果表明,A3、A4、A、P在复配菌系中均对滤纸酶活力的提高发挥重要作用,提升率分别为18.70%、18.06%、17.44%、18.06%;菌株A3对复配菌木聚糖酶活力的贡献度为80%以上,发挥较重要的作用。P对复配菌Z中漆酶活力的贡献度为70%以上。添加单菌株P,复配菌Z玉米秸秆木质素的降解率增加了一倍。单菌株A3、A4、A、P对玉米秸秆中纤维素降解的贡献度分别为16.87%、20.73%、15.17%、20.57%。A4的半纤维素降解率的提升率较高为53.91%,发挥较重要的作用。不同处理玉米秸秆降解性能的整体趋势为复配菌>单菌株,菌株A3、A4、A、P降解玉米秸秆不同组成部分,促进正向反应进行,单菌株间可相互促进微生物的相对含量的增加,菌株A3、A4、A、P属于互生关系,协同降解玉米秸秆。