降解玉米秸秆真菌复合菌系的构建及其降解效果评价

摘要

[目的]秸秆的木质纤维素含量丰富、结构复杂,在自然界中降解较慢,增加秸秆降解菌剂中菌株的多样性有利于提升还田秸秆的降解效果.探究菌株多样性水平和组成影响复合菌系秸秆降解的效果及原因,为复合菌系在秸秆降解中的应用提供理论支撑.[方法]通过富集驯化培养,从玉米秸秆还田土壤中筛选具有秸秆降解能力的真菌,从中挑选5株高效秸秆降解真菌进行基因间隔区序列(ITS)测定和物种鉴定,明确其分类地位.通过全组合构建菌株多样性为1～5的复合菌系,分别检测复合菌系的秸秆相对降解率及其滤纸酶、纤维素内切酶和木聚糖酶活性,利用方差分析和相关性分析等方法研究菌株多样性和组成对复合菌系玉米秸秆降解效果及其纤维素酶活性的影响.[结果]共筛选获得了15株具有秸秆降解能力的真菌,其中5株真菌的秸秆降解效果好、纤维素水解能力强.经ITS序列鉴定和系统发育分析,发现5株降解真菌的遗传差异较大,Z7-6、F7-5、F4-3、L1-1 和J2-5分别与草酸青霉(Z7-6:Penicillium oxalicum)、烟曲霉(F7-5:Aspergillus fumigatus)、哈茨木霉(F4-3:Trichoderma harzianum)、白囊耙齿菌(L1-1:Irpex lacteus)和木贼镰刀菌(J2-5:Fusarium equiseti)的ITS序列相似度均超过99.95％.全组合复配结果表明,复合菌系的秸秆降解能力和纤维素酶活力均高于各单一菌株,且随着菌株多样性水平的增加而提高.滤纸酶、纤维素内切酶和木聚糖酶的活力越强,复合菌系对玉米秸秆的降解效果越好,而其秸秆相对降解率主要取决于滤纸酶和纤维素内切酶的活性.抽样效应分析发现,不同菌株对复合菌系的秸秆降解效果、滤纸酶和纤维素内切酶活性的影响不同.不含菌株F7-5的复合菌系降解效果显著优于含有该菌株的组合,以Z7-6(P.oxalicum)、F4-3(T.harzianum)、L1-1(I.lacteus)和J2-5(F.equiseti)组合F1的玉米秸秆降解效果最佳、酶活性最高.[结论]秸秆降解复合菌系的构建过程需要同时考虑多样性效应和抽样效应,增加降解菌的多样性有助于增强秸秆的降解效果.本研究筛选获得的复合菌系F1在玉米秸秆降解中具有潜在的应用前景.