柑橘皮渣降解菌的筛选及其相关特性研究

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我国是世界上主要的柑橘生产国之一,在江西,四川,湖南,湖北,重庆,四川等地区广泛栽培。在2011年,柑橘种植面积和产量均达到世界第一,分别达到2.21×106hm2和2.91×107t。目前,我国每年约加工柑橘1.01×106t,约产生柑橘皮渣5.06×105t,随着柑橘加工业的发展,柑橘皮渣的量逐渐增加。加工后产生的大量柑橘皮渣,未经处理极易发生腐败,污染水体和土壤,危害环境,严重影响人们的生活健康。因此柑橘皮渣问题逐步引起人们的关注,亟待无害化处理。目前,对柑橘皮渣的处理方式主要有卫生填埋、烘干作动物饲料、提取有效活性物质。卫生填埋处理需要占用大量耕地,且产生大量渗透液和臭气,严重污染环境。柑橘皮渣含水量高(>80%)和大量果胶(20%),加之果胶与水形成吸附水,烘干作动物饲料耗能大,成本高,难以推广。提取柑橘皮渣中有效活性物质,如香精油、色素、果胶和类黄酮物质,增加了皮渣的附加产值,但是并没有有效减少皮渣,反而在一定程度上增加了废弃物的体积和种类,造成了更严重的危害。因此,目前柑橘皮渣的处理方式并未有效处理皮渣,柑橘皮渣已成为限制柑橘产业发展的重要因素之一柑橘皮渣中含有约20%果胶和15%纤维素,大量水与果胶结合以吸附水的形式存在,增加了皮渣自然脱水难度;皮渣中高分子的纤维素和果胶的物质,增加了微生物对皮渣的降解难度;此外,柑橘皮渣中还含有约0.3%-0.8%的香精油,对绝大部分革兰氏细菌的生长有抑制作用,同时加工后的含有的有机酸,皮渣pH降低,导致普通微生物难于降解。因此,本研究以柑橘果园土壤和农田堆肥为菌源,采用柑橘香精油耐受性、刚果红染色等多种分离筛选方法,筛选出了高效优良降解柑橘皮渣的菌株L207和L702;并对其最佳产酶条件以及对柑橘皮渣的降解能力进行相关研究,最后对其生物学地位进行了鉴定,试验结果如下:1、柑橘皮渣降解菌的分离筛选:将采集到的土样接入不同培养基中,分离获得细菌五株,编号为L106、L202、L207、L309、L702。根据菌株对柑橘香精油耐受性、纤维素酶和果胶酶活性高低结果,筛选出优良的皮渣降解菌L207和L702。结果表明:(1)采用滤纸片扩散法测定香精油对菌株的抑菌圈直径大小,发现在相同浓度的香精油条件下,菌株L207和L702的抑菌圈直径小于其他供试菌株,说明其对柑橘香精油具有较好的耐受作用;采用连续稀释培养法,将菌株L207和L702在不同浓度精油培养基中培养,发现L207和L702均在精油浓度为25.0%的培养基能够生长,超过该浓度不能存活,说明对柑橘香精油的最大耐受浓度达到25.0%,是两株对柑橘香精油有较高耐受能力的菌株。(2)分别以羧甲基纤维素钠和果胶为唯一碳源,采用刚果红染色,发现菌株L207和L702的水解圈直径明显大于CK菌株;对CK菌株、菌株L207和L702进行摇瓶产酶培养,测得其纤维素酶活性大小关系为:L702>L207>CK,分别为CK的2.08倍和1.01倍,差异性显著(p=0.05);其果胶酶活性大小关系为:L207>L702>CK,分别为CK的12.68倍和7.30倍,差异性显著(P=0.05)。表明菌株L207和L702是两株纤维素和果胶酶活性较强的菌株。2、对菌株L207和L702产酶条件进行优化,结果表明:菌株L207的纤维素酶和果胶酶的最佳产酶条件具有基本一致性,即均在培养温度为40℃、pH6.0、培养时间为48h至60h、接种量为4%(V/V)的条件下达到最大值;菌株L702的纤维素酶活性在培养温度为40℃、pH6.0、培养时间在48h至60h、接种量为4%(V/V)条件下达到最大值;果胶酶活性在培养温度为40。C、pH6.0、培养时间为36h和72h、接种量为6%(V/V)达到最大值。3、菌株L207和L702生物学鉴定:通过形态学观察、生理生化特征和16S rDNA系统发育分析,得知菌株L207和L702菌落均呈乳白色且不透明,有稍微隆起,表面湿润,有少许特殊气味;均属于革兰氏阳性菌,芽孢为椭圆形,且居中不膨大。基于基因片段序列的同源性比较分析发现,发现菌株L207和L702与Bacillus licheniformis中E9和DQgbc4相似。综上,可鉴定菌株L207和L702为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。4、菌株L207和L702对柑橘皮渣的实际降解效果测定结果显示:堆置50d后,皮渣堆肥中纤维素降解率达到84.45%,果胶降解率达到65.93%;含水量为16.57%(≤20%),总养分含量为4.71%(>4.0%),均达到国家有机肥标准(NY525-2002)。这说明菌株L207和L702是两株降解柑橘皮渣能力较强的微生物菌株。
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