木霉菌和白腐菌对水稻秸秆降解的影响

高晓梅　刘晓辉　桓明辉　李杨　池景良

摘 要：通过差重法进行定量测定，研究了康宁木霉和白腐菌株黄孢原毛平革菌对水稻秸秆降解的影响及其降解规律。结果表明：秸秆发酵过程中纤维素、半纤维素、本质素在前28 d降解的很快，之后降解减缓。木霉菌和白腐菌配合使用降解效果最好，在70 d内纤维素被降解3818%，半纤维素被降解5399%，木质素被降解3391%。

关键词：木霉菌；白腐菌；半纤维素；纤维素；木质素；降解规律

中图分类号：S141.4 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2012）11-0078-03

Effects of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium

on Degradation of Rice Straw

Gao XiaoMei， Liu XiaoHui， Huan MingHui， Li Yang， Chi JingLiang

（Liaoning Institute of Microbiology， Chaoyang 122000， China）

Abstract The influences of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium on degradation of rice straw were studied， and also the degradation rules. The results showed that the cellulose， hemicellulose and lignin in rice straw degraded rapidly in the early 28 days and then slowed down. The effect of compound application of Trichoderma koningii and Phanerochaete chrysosporium was the best， and in 70 days， the cellulose was degraded by 38.18%， while hemicelulose and lignin were degraded by 53.99% and 33.91% respectively.

Key words Trichoderma koningii； Phanerochaete chrysosporium； Cellulose； Hemicellulose； Lignin； Degradation rule

农作物秸秆作为一种可再生资源，在我国具有分布广、数量大、种类多、价格低廉的特点。如何充分利用这些资源而又使环境不受污染，是现代农业面临的难题。农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大组分组成，由于纤维素特别是木质素难以被分解，影响其利用推广。近几十年来，国内外科研人员虽然研究了一些物理、化学的秸秆利用方法，但都存在着利用不充分、成本高等问题。实践表明，秸秆的生物法利用是最佳途径，具有降解率高、安全环保、成本低等优点。自然界中许多微生物可以腐蚀和分解秸秆、树叶及树木等高纤维物质，这些微生物包括细菌、霉菌、酵母菌及食用菌等。本试验应用木霉菌和白腐菌研究其对半纤维素、纤维素和木质素降解的影响，旨在为秸秆有效利用提供基础资料。

1 材料与方法

11 材料

111 试验菌种 康宁木霉Trichoderma koningii，本实验室筛选保藏；黄孢原毛平革菌Phanero chaete chrysosporium，购于广东省微生物研究所。

112 供试培养基配方 木霉菌培养基配方：玉米面2%，酵母膏1%，KH2PO4 005%，MgSO4 005%， CaCl2 002%，VB1 1片，定容至1 000 ml，pH=55。

白腐菌培养基配方：玉米面 3%，酵母膏05%，柠檬酸钠 025%，KH2PO4 02%，MgSO4 005%，MnSO4 002%，CuSO4 001%，CaCl2 002%，VB1 1片，定容至1 000 ml，pH=45。

113 供试秸秆样品 水稻秸秆来源于辽宁省朝阳市郊，风干，经粉碎机粉碎成40目左右的秸秆粉，烘干至恒重。

12 试验设计及方法

121 试验设计 秸秆发酵试验设3个处理，即康宁木霉（处理1）、黄孢原毛平革菌（处理2）、康宁木霉+黄孢原毛平革菌（处理3）。

122 菌液培养 将康宁木霉和黄孢原毛平革菌分别在斜面固体土豆培养基上进行种子活化，培养7 d，分别接入木霉菌和白腐菌液体培养基中，培养36 h，培养温度为25℃，即得种子液。

123 秸秆发酵培养 分别称取20 g秸秆粉加入到30个500 ml的三角瓶中，分别加入麸皮2 g、（NH4）2SO4 01 g和自来水60 ml，混匀，121～125℃灭菌30 min，处理1、处理2按10%的接种量接入种子液，30℃静置培养。处理3先在固体发酵培养基中接种5%的白腐菌孢子悬浮液混匀，在30℃下培养3 d后，再接种5%的康宁木霉，30℃静置培养。

124 秸秆发酵样品 每7 d取固体发酵样品，用500 ml、pH 50的醋酸-醋酸钠缓冲液浸泡3 h，过滤，滤渣于60℃烘干，测定干重并用于测定其中纤维素、木质素、半纤维素的含量。

125 试剂的配制 中性洗涤剂按Van Soest方法配制。2 mol/L盐酸：167 ml浓盐酸（比重119）用蒸馏水定容至1 000 ml；72%硫酸：665 ml浓硫酸（比重184）加入300 ml水中，冷却至20℃，补加水至1 000 ml。其他试剂采用常规法配制。

126 差重法测定秸秆发酵物中纤维素、半纤维素和木质素含量 （1）称取1000 g恒重的样品，分别置于150 ml碘量瓶中，各加入100 ml中性洗涤剂，之后放入已沸的高压锅，100℃保温1 h，取出用恒重过的耐酸过滤漏斗（重量为W01）过滤，滤渣热水洗至滤液无中性洗涤剂且pH=70，再用丙酮洗2次，放入烘箱中烘干，称量滤斗和样品的总重（Wl），将滤渣在550℃马福炉中灰化4 h，得灰分W。

（2）称取1000 g同样恒重干样，放入150 ml的碘量瓶中，加入2 mol/L盐酸溶液100 ml ，然后放入已沸的高压锅中，100℃准确保温50 min，用重量为W02的耐酸过滤坩埚过滤至中性，滤渣再依次用95%乙醇、无水乙醇和丙酮洗涤2次，耐酸砂芯坩埚和残渣于60℃烘箱中烘至恒重，为W2。

（3）将（2）中残渣连同砂芯坩埚放入150 ml烧杯中，加入72%的硫酸5 ml，室温水解3 h后，再加水45 ml，室温过夜，次日用砂芯坩埚过滤，用蒸馏水洗残渣至滤液pH=65～70，滤渣和平底砂芯坩埚在60℃下烘至恒重为W3。

（4）将残渣和平底砂芯坩埚在550℃马福炉中灰化4 h，干燥器中平衡至恒重，为W4。差重为W3- W4，灰分为W4-W02。按上述过程测定3个不同处理的样品，每个样品重复3次，测定后取平均值，且每7 d取样测定一次。

127 计算方法 半纤维素的百分含量（%）=[（Wl- W01-W）-（W2- W02）]/1000×100；

纤维素的百分含量（%）=[ W2 -W3 –（W4-W02）]/1000×100；

木质素的百分含量（%）=（ W3 –W4）/1000×100。

2 结果与分析

21 秸秆发酵过程中不同处理秸秆粉干重变化情况

从表1结果看出，秸秆粉发酵过程中失重明显，三个处理分别失重699、1156、1205 g，失重率分别为3175%、5252%、5474%；处理3效果最佳。

表1 不同发酵时间样品干重测定结果

（g）

处理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 2201 2148 1995 1756 1625 1609 1598 1576 1541 1515 1502

2 2201 2071 1856 1489 1211 1158 1139 1118 1107 1069 1045

3 2201 1962 1731 1368 1105 1098 1079 1062 1043 1015 996

22 秸秆发酵过程中半纤维素、纤维素、木质素含量变化情况

从表2～表4结果看出，秸秆粉发酵过程中半纤维素、纤维素、木质素含量逐渐降低，前4周降解速度较快，之后逐渐变慢，但其含量仍不断下降。三个处理比较而言，处理3降解效果最好，半纤维素含量降至1296%，纤维素含量降至1957%，木质素含量降至893%；其次是处理2，最后是处理1。表明三个处理均对秸秆粉中半纤维素、纤维素、木质素有降解作用，且处理3效果最佳。

表2 不同发酵时间样品半纤维素含量测定结果

（%）

处理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 2817 2658 2347 2043 1802 1682 1545 1517 1501 1493 1486

2 2817 2638 2248 1899 1676 1561 1445 1408 1388 1365 1362

3 2817 2612 2098 1785 1551 1465 1394 1324 1308 1299 1296

表3 不同发酵时间样品纤维素含量测定结果

（%）

处理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 3166 3011 2931 2831 2766 2656 2606 2574 2548 2565 2559

2 3166 2981 2798 2502 2286 2203 2194 2165 2109 2089 2068

3 3166 2945 2763 2378 2158 2124 2103 2075 2014 1986 1957

表4 不同发酵时间样品木质素含量测定结果

（%）

处理 0d 7d 14d 21d 28d 35d 42d 49d 56d 63d 70d

1 1351 1326 1238 1107 1067 989 975 968 953 949 946

2 1351 1313 1224 1096 1005 953 949 922 911 903 902

3 1351 1308 1193 1045 964 928 924 913 908 898 893

23 秸秆经发酵后半纤维素、纤维素、木质素降解情况

从表5结果看出，处理3对秸秆中半纤维素、纤维素、木质素降解效果最佳，降解率分别达到5399%、3818%和3391%。 表5 发酵后半纤维素、纤维素、木质素的降解率

（%）

处理 半纤维素 纤维素 木质素

1 4724 1917 2997

2 5165 3468 3323

3 5399 3818 3391

3 结论与讨论

31 秸秆中半纤维素、纤维素、木质素含量在发酵过程中不断降低，添加菌液能够有效分解秸秆中的主要成分。

32 三个不同处理对秸秆成分均具有分解作用，且处理3效果最佳，即康宁木霉与白腐菌共同处理；其次是处理2，再次是处理1。处理3对半纤维素、纤维素、木质素的降解率分别可达5399%、3818%和3391%。

33 由于纤维素降解具有阶段性和顺序性，单一的菌株难以完成秸秆降解的复杂生化过程，因此通过复合降解秸秆菌株，可以协同完成对秸秆中各组分的高效降解。

参 考 文 献：

[1] 李方正，唐 亮，赵建文，等一株高效秸秆纤维素降解真菌的分离、鉴定及系统发育分析[J].山东农业科学，2011，7：5-8.

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[4] 杭恰琼，薛惠琴，郁怀丹，等.白腐真菌对稻草秸秆的降解及其有关活性的变化[J].菌物系统，2001，20（13）：403-407.

[5] 王玉万，徐文玉.木质纤维素固体基质发酵物中半纤维素、纤维素、木质素的定量分析程序[J].微生物学通报，1987，14（2）：81-84. 山 东 农 业 科 学 2012，44（11）：81～83，102