分解秸稈的微生物種類
作物的
秸稈的主要成份是
纖維素、
半纖維素和
木質素。可以分解利用秸稈的微生物種類很多,在自然界中廣泛分布和存在。主要種類如下。
細菌芽胞桿菌屬
能分解纖維素的細菌芽胞桿菌屬
(Bacillus)、類芽胞桿菌(Paenibacillus)、
假單胞菌屬(Pseudomones)、
弧菌屬(Vibrio),
微球菌屬(Micrococcus)、
鏈球菌屬(Streptococcus)、
梭菌屬(Clostridium)、原粘桿菌屬(Promyxobecterium)、纖維粘菌屬(Cytophaga),生胞噬纖維菌屬(Sporocytophage)、堆囊菌屬(Sorangium)、
螺旋體屬(Spirochaeta)等等。最值得注意的是這些種類中的嗜熱和耐熱的種群。
真菌木霉屬
能分纖維素和半纖維素的真菌木霉屬
(Trichoderma)、
麴黴屬(Aspergillus)、
青黴(Penicillium)、分枝孢屬(Sporotrichum)、輪枝孢霉(Verticillium)、
鐮刀菌屬(Fusarium)、
根霉(Rhizopus)等。
放線菌分枝桿菌
能分解纖維素的放線菌分枝桿菌
(Mycobacterium)、諾卡氏菌(Nocardia)、
小單孢菌(Micromonospora)、
鏈黴菌屬(Strepto-myces)等等。
微生物有洋蘑菇
氧化木質素的微生物有洋蘑菇
(Psalliota)、
鬼傘菌(Coprinus)、
茯苓(Poria)、多孔菌屬(Polyporus)、傘菌屬(Agaricus)、糙皮側耳(Pleurotus ostrcatus)、韌皮菌屬(Sthreum)等等。
秸稈腐熟的機理
在適宜的營養(特別是氮素)、溫度、濕度、通氣量和pH值條件下,通過微生物的繁衍,使秸稈分解,把碳、氮、磷、鉀和硫等分解礦化或形成為簡單的有機物和腐殖質的過程。秸稈中纖維素、半纖維素占極大的比例,纖維素是葡萄糖的聚合物,由於結構特殊,因此有抵抗各種氧化劑的能力,只能被濃酸水解。微生物和對纖維素的作用,完全取決於微生物的功能和分解條件。纖維素的分解分兩個階段。第一階段是在微生物分泌的纖維素酶的作用下水解,生成纖維糊精、纖維二糖,在纖維二糖酶的作用下生成葡萄糖。第二階段是水解產物的發酵過程。第二階段好氣微生物和厭氣微生物的發酵產物有所不同。好氣纖維分解菌能將纖維素完全分解,只產生CO2、一些粘液物質、色素和大量微生物細胞物質,30%~40%分解的纖維素可以轉變成纖維素分解菌的細胞物質;嫌氣性纖維分解菌則發酵成各種有機酸(醋酸、丙酸、丁酸、蟻酸、乳酸和琥珀酸等)、醇類、二氧化碳和氫氣。
木質素是複雜的植物物質,是具有某些側鏈的苯環結構,很難分解。一些細菌和高等真菌能把木質素的側鏈及芳香環氧化,進而裂解木質素。在堆肥中有相當數量的木質素形成腐殖質,它是植物營養的儲存庫,也是土壤肥力的基礎。
半纖維素包括多種化合物,有多縮醣醛和多縮糖醛酸。在微生物的作用下,多糖水解成簡單的單糖類(C6H12O6、C5H10O5),多縮糖醛酸水解成糖醛酸或醣醛酸糖酸和糖的混合物。主要被真菌和細菌所分解。半纖維素也是微生物細胞物質(莢膜)的重要組成部分。
秸稈腐熟劑的研製開發
微生物秸稈生物學轉化的關鍵有三:微生物降解木質素和纖維素;生產微生物單細胞蛋白,提高秸稈的營養價值;最佳化生產工藝。
①快速分解秸稈微生物的篩選根據掌握的資料,針對性地採集樣品,用恰當的培養基和適宜的培養條件分離篩選秸稈分解菌,尤其是降解木質素和纖維素的微生物。秸稈分解菌包括真菌、細菌和放線菌等微生物。就以細菌為例,分解秸稈的細菌在形態學上是極其不同的,如果研究者停留在某一種分離細菌的方法上,當然只能分離出某一類的細菌。細菌有好氧嫌氧之分,一般嫌氣細菌溫度要求比較高,可根據預期目標採集樣品(如污泥、廄肥或反芻動物的第一胃裡以及可利用纖維素的軟體動物等),分離篩選定向細菌。可用分解纖維素的培養基配方或者是秸稈粉配方分離、篩選秸稈分解菌。真菌、細菌、放線菌都參與秸稈的分解過程,在整個分解過程中,就目前的資料分析,真菌的作用應排在首位,其次是細菌和放線菌。分解秸稈的真菌中也有好氧和厭氧,中溫和高溫之分,根據選定的目標,選擇恰當的培養基配方和樣品的來源以及培養條件等,以期得到預期的菌株。
②菌株的發酵培養首先篩選菌株的培養基成份、培養條件,然後接種培養,反覆篩選,找出分解能力強生長速度快的高效菌株。
③根據分離到的菌株特性,單獨或複合,再檢測驗其分解能力,選定搭配組合。
④加入能生產單細胞蛋白的微生物,提高秸稈的營養價值。加入此類微生物後,它首先將秸稈中的營養物轉到菌體內,成為菌體蛋白;然後,利用大量培養微生物的方法,在它們的生命過程中分泌有活性的蛋白酶,對秸稈原料中的蛋白質進行降解,生成胺基酸,達到提高營養價值的目的。目前常用酵母菌類來作為首選。
⑤研究腐熟劑發酵工藝,科學生產腐熟劑產品。發酵工藝研究包括培養基配方、pH值、溫度、通氣量等條件,研究劑型,選擇適合的載體。
⑥研究腐熟劑的最佳使用條件,然後進行小試、中試,綜合評價腐熟劑的效果。
⑦利用基因工程的手段,構建分解秸稈某些酶基因的理想工程菌也是一個重要的方法。