高温复合菌剂对稻秆木质纤维素组分降解研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

我国每年产生的农业废弃物农作物秸秆产量高达约7.8亿吨。长期以来焚烧秸秆的量达到总量的10%-15%左右，焚烧秸秆不仅造成资源浪费而且导致生态环境的严重破坏；巨大的秸秆资源如何快速高效地处置，成为当前一个亟需解决的问题[1][3][10]。

如何有效利用秸秆，变废为宝，保障和解决农业生态系统中的土壤肥力、有机质转化、水土保持以及可再生资源高效利用等农业问题，是当前农业可持续发展的必然要求。当前农业秸秆的资源化利用方式主要有：工业化利用、能源化利用、饲料化利用和肥料化利用。特别是肥料化利用中用作堆肥原料相对秸秆直接还田可以更高效稳定实现秸秆的有机质转化，提高秸秆的腐殖化水平，同时堆肥处理秸秆的规模大更加环保。以水稻秸秆为例，其中纤维素含量为35%-40%、半纤维素为20%-25%、木质素为10%-20%。此外，秸秆中含碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫和硅等多种矿质元素，可以为作物提供丰富营养物质。因此，秸秆常用作高温堆肥的原料或辅料经过腐熟后制成有机肥料，不仅能为作物提供大量的养分，而且解决了部分秸秆的处理难问题，实现变废为宝[2][3][4][12][15]。

秸秆的组分主要是纤维素、半纤维素和木质素，它们形成的复合物统称木质纤维素，一般农作物秸秆中纤维素含量在35%-45%，半纤维素含量在25%-35%，木质素含量在15%-25%；特别是木质素是一种无定形的、分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香性杂环高聚物，木质素与植物细胞壁纤维素、半纤维素交联在一起，形成复杂的网状结构，导致一般微生物很难能将木质纤维素物质降解[7][10]。一方面在常温下，由于木质纤维素菌株产酶活性不高，水解能力不强，另一方面在高温下单个木质纤维素降解菌株产生水解酶的活性有限，木质纤维素降解酶系不全，很难单独完成对复杂的木质纤维素组分的降解。通过筛选耐高温菌株和细菌真菌复配形成耐高温复合菌剂可能有助于秸秆降解特别是可以促进秸秆堆肥高温环境下的快速进行。目前国外主要从木质纤维素水解酶的角度从理论上研究木质纤维素类水解酶的降解机理和协调作用，但在秸秆高温堆肥菌株实际应用方面研究有限，国内对堆肥菌株的研究较热，但能够筛选到高效稳定的耐高温菌株更是应用研究的热点[5][6][8][9]。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：筛选耐高温降解木质纤维素菌株，通过复配在液体发酵条件下研究其对秸秆木质纤维素组分降解的影响，构建效果较好的高温复配系

研究内容：a.耐高温菌株的筛选鉴定

b.菌株全组合复配对稻秆段木质纤维素组分降解的影响

3. 研究的方法与方案

研究方法：通过液体发酵试验比较分析耐高温菌株的复配降解效果

技术路线及方案：

秸秆堆肥样品

4. 研究创新点

从秸秆长期堆肥样品中能够较好筛选到耐高温木质纤维素降解菌株，菌株耐高温同时具有较好的秸秆降解能力

5. 研究计划与进展

一、3.17--4.1：以秸秆粉作为唯一碳源培养并富集菌群，然后进行分离筛选

二、4.2--4.10：分离与鉴定耐高温菌株，并且测定耐高温菌株产酶能力

三、4.11--4.21：分别测定单株菌株对秸秆降解影响、复配株菌株对秸秆降解影响