基本信息
- 项目名称：
- 固体有机废弃物堆肥过程中纤维素降解菌的筛选及酶活测定
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 有机固体废弃物资源化利用（堆肥）过程中，纤维素和木质素是微生物分解的主要目标。实验从环境中分离出纤维素降解菌，通过堆肥菌种实验配比得出更高效的堆肥微生物菌群，优化有机固体废弃物资源化利用工艺，一方面可以缓解畜禽粪便等废弃物不当处置引起的环境问题；另一方面将有机固体废弃物变为可改良土壤的有机（类）肥料，增加作物产量、改善农产品品质和土壤理化性质，对无公害食品、绿色食品、有机食品的发展具有重要意义。
- 详细介绍：
- 在有机固体废弃物资源化利用（堆肥）过程中，纤维素和木质素是微生物分解的主要目标。本实验从不同时期的牛粪堆肥材料、宜兴野外竹林的腐殖土、腐烂树桩、树叶周围的土壤等实验材料中分离出常温纤维素降解菌。作为进行堆肥反应的菌种，通过堆肥实验配比得出更高效的堆肥微生物菌群，优化有机固体废弃物资源化利用工艺，更高效地降解有机固体废弃物，一方面可以缓解农业面源污染等诸多由于畜禽粪便等有机固体废弃物不当处置引起的环境问题，做到变废为宝；另一方面将造成的农业面源污染问题的有机固体废弃物变为可改良土壤的有机（类）肥料，增加作物产量、改善农产品品质和土壤理化性质，这对无公害食品、绿色食品、有机食品的发展具有重要意义。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：从实验材料中筛选出高效的常温堆肥菌种，优化堆肥工艺，有效达到将更多的有机固体废弃物资源化、减量化和无害化的目的。 基本思路：有机固体废弃物资源化利用（堆肥）过程中，纤维素和木质素是微生物分解的主要目标。本实验从不同时期的牛粪堆肥材料、宜兴野外竹林的腐殖土、腐烂树桩、树叶周围的土壤等实验材料中分离出常温纤维素降解菌，通过堆肥菌种实验配比优化菌群结构，筛选出更高效的堆肥微生物。
科学性、先进性及独特之处
- 本实验的研究，不同于其他科学的研究，它是利用生命科学的知识解决人类亟待解决的环境、能源问题。通过筛选能够高效降解纤维素的微生物，优化有机固体废弃物资源化利用工艺，更高效地降解有机固体废弃物，可以大大缓解农业面源污染等诸多由于畜禽粪便等有机固体废弃物不当处置引起的环境问题，真正做到变废为宝。
应用价值和现实意义
- 本作品筛选出能够常温下高效降解纤维素的微生物，通过进一步的实验进行菌种配比和堆肥实验，作为堆肥反应的起爆剂，可以优化现有的有机固体废弃物资源化利用技术，将造成的农业面源污染问题的有机固体废弃物变为可以改良土壤的有机（类）肥料，增加作物产量、改善农产品品质和土壤理化性质， 是一种优良的土壤改良剂，这对无公害食品、绿色食品、有机食品的发展乃至中国农业走向世界同样具有重要意义。
学术论文摘要
- 本实验以滤纸条和羧甲基纤维素钠为碳源，从牛粪堆肥和腐殖土等样品中分离出8株常温降解纤维素的细菌，对其进行简单染色和革兰氏染色，并分别对其进行透明圈测定、CMC酶活性测定和滤纸条崩解实验。结果表明大部分菌株可以在CMC-刚果红平板上快速生长，透明圈形成速度达到8-10mm/d，酶活性最高时达到1mg/ml(30min)，在5d内能将滤纸条完全降解，常温纤维素降解菌可以作为堆肥起爆剂。
获奖情况
- 本作品在南京农业大学第五届大学生科技节课外学术科技作品竞赛获特等奖
鉴定结果
- 设计合理严谨，选育菌种已在生产中有良好效果：起爆迅速（48h升温60℃），发酵周期短（12-20天完成），腐熟度高（菠菜发芽率>93%），申请者抓住选育快速分解纤维素的菌株这一关键点，并得到应用。
参考文献
- [1] 陈洪章.纤维素生物技术[M].北京:化学工业出版社, 2005 [2] 张丽青,吴海龙,姜红霞,等.纤维素降解细菌的筛选及其产酶条件优化[J].环境科学与管理,2007,32(10):110-114 [3] 黄得扬,陆文静,王洪涛,等.高效纤维素分解菌在蔬菜-花卉秸秆联合好氧堆肥中的应用[J].环境科学, 2004, 25 (2):145-149 [4] 陈阿娜,汤斌.一种改进的纤维素分解菌鉴别培养基[J].生物学杂志, 2006, 23 (6) : 48–49 [5] 陈洪章.纤维素生物技术[M].北京:化学工业出版社, 2005 [6] 吴翔, 陈强, 徐丽华, 等.一株降解纤维素的高温放线菌的筛选及其产酶条件研究[ J ]. 农业环境科学学报, 2007, 26 (增刊) : 101–104 [7]李振红,陆贻通.高效纤维素降解菌的筛选[J].环境污染与防治, 2003, 25 (3) : 133 - 136 [8] 张楠,杨兴明,徐阳春,等.高温纤维素降解菌的筛选和酶活性测定及鉴定[J]南京农业大学学报, 2010, 33 (3) : 82 - 87 [9] 席北斗,刘鸿亮,白庆中,黄国和,曾光明,李英军. 堆肥中纤维素和木质素的生物降解研究现状[J]. 环境污染治理技术与设备,2002,3(3):20-23
同类课题研究水平概述
- 1.堆肥技术 19世纪70年代以来，堆肥法作为一种集粪便处理和资源再生利用于一体的生物处理方法，已成为有机固体废弃物资源化、减量化、无害化处理中最为有效的方法之一，具有生产成本低，生产过程无二次污染，对农作物提供养分维持时间长，可改良土壤等优点，在国内外都受到广泛关注。经堆肥处理后的有机固体废弃物，能有效地杀灭其中的病原菌和寄生虫卵，还能提高有机废弃物中的养分有效性、增加作物产量、改善农产品品质和土壤理化性质， 是一种优良的土壤改良剂。 2.堆肥过程中的微生物 堆肥是由群落结构演替的多个微生物群体共同作用实现的动态过程，是微生物适应周围环境并与其相互影响的结果。许多早期研究用传统的培养基培养方法指出细菌总数的变化是高-低-高变化趋势，高温期的细菌种类少于其他时期；真菌数在整个堆肥过程中呈下降趋势；放线菌数虽然比细菌总数约低两个数量级，但其变化规律与细菌相似，也呈高-低-高的趋势。说明腐熟后堆肥腐殖质含量丰富，C/N低，细菌、放线菌含量很高, 施入土壤可增加土壤中的微生物数量,提高土壤微生物活性。Ishii等采用分子生物学中的变性梯度凝胶电泳分析法(DGGE) 对堆肥过程中微生物群落的演替进行了较详细的研究，将堆肥化过程以温度和pH值为明显特征分为4个阶段：常温(0～2d)、高温(2～15d)、冷却(15～25d)、腐熟(25～45d)。分析表明在常温阶段，堆肥物料中有高浓度的有机酸，此阶段出现的微生物多数是具有发酵能力的细菌，能快速分解易降解的有机物，细胞数目迅速增多。高温阶段，随pH值变化和温度的升高，能发酵的细菌消失，嗜热芽孢杆菌等微生物出现，因发生了蛋白水解产生氨，所以pH上升，随着温度升高，水解蛋白和产氨的细菌增加，但很快消失。在冷却阶段出现了梭状芽孢杆菌类的专性厌氧菌，降解残余的复杂有机物，说明在此阶段的堆肥物料中出现厌氧环境。此后的腐熟阶段出现了与节杆菌属有关的土壤微生物，说明堆肥过程后期的物料与土壤类似。Ishii等的研究为此提供了重要信息,并为今后堆肥过程中的微生物分离工作提供了有利线索。 今后，主要研究方向有: (1)有机固体废弃物高温堆肥机理及有机物质的可降解性及降解率的研究； (2)分离、筛选分解纤维素和木质素等难分解物质的微生物；(3)对堆肥腐熟度指标进行系统深入研究，制定合理统一的评判腐熟度的标准；（4）确定堆肥中主要作用的微生物。
