摘要
随着社会的发展，全球能源需求总量增加，化石类能源即将面临枯竭，作为一种可能替代化石能源的资源，木质纤维素生物质具有良好的应用前景。然而，目前农作物秸秆的处理方式仍以燃烧及饲料喂养牲畜等传统方式为主，其资源能源利用效率较低且可能对环境产生不利影响。因此，驯化富集及筛选利用木质纤维素降解微生物生产具有高附加值的产品具有较高的研究价值。 目前基于木质纤维素降解微生物的研究仍处于初级阶段。为开发高效的木质纤维素降解微生物，本研究以不同地理位置的土壤为菌源（栽培竹的根际土，松林土壤，落叶松枯树落叶层，玉米田地土壤，牛粪，羊粪，草坪土壤以及草坪深层土壤），以玉米秸秆为唯一碳源，开展厌氧纤维素降解菌群的富集，同时探究该菌群对秸秆降解能力及产酸和还原糖效能。 随着传代次数的提升，基于不同土壤来源所富集菌群的秸秆降解能力均有增加。同时研究发现基于栽培竹的根际土、羊粪所开发的秸秆降解菌群可以利用秸秆生产甲烷及挥发性脂肪酸，而利用松林土壤，落叶松枯树落叶层，玉米田地土壤，牛粪，草坪土壤以及草坪深层土壤所富集的微生物可以将秸秆生物降解转化为氢气。基于栽培竹的根际土所开发菌群（FS）具有最佳的秸秆降解能力，秸秆的降解效率可达68.3％，甲烷产量约为80 mL/g-TS。基于玉米地土壤所富集出的秸秆降解菌群（CS）对秸秆降解效果最好，秸秆降解率可达39.9%。滤纸崩解实验结果显示CS菌群也具有较好的纤维素降解能力。 微生物群落分析结果表明，CS菌群的优势门隶属变形菌门，优势属为厚壁菌属。随着传代次数增加，具有秸秆糖化能力的Klebsiella oxytoca、具有纤维素降解功能的Serratia marcescens得到富集。群落功能预测分析结果表明，CS菌群可能具有代谢多环芳香烃、多糖、产乙醇及电子传递的能力。环境因子分析结果表明，温度、初始pH值、碳源的种类及浓度均能影响CS菌群的秸秆降解能力及产气、产酸能力。当温度分别为35℃，25℃，和15℃时秸秆、降解率分别为29.6%， 28.1%和18.8%。当初始pH分别为8，7和6时，CS菌系的秸秆降解能力分别为31.7%，29.6%和24.2%；当体系的碳源浓度分别为6 g/L，8 g/L和10 g/L时，CS菌系的秸秆降解能力分别为35.4%，32.4%和29.6%。 菌群复配结果表明，具有产氢能力的CS菌群和哈尔滨产乙醇杆菌YUAN-3及活性污泥微生物共培养会导致体系秸秆降解效率下降，可能由于不同菌群间存在拮抗作用。具有产甲烷能力的FS菌群与活性污泥微生物共培养可以提高秸秆降解效率及产甲烷效能，共培养的秸秆降解效率可达51.3%，相较于FS菌群单独降解，提升了14.9%。 本研究基于不同土壤来源富集木质纤维素降解功能微生物，获得了两类功能菌群，分别为具有产氢及产甲烷能力的CS菌群及FS菌群，丰富了木质纤维素生物质降解的种质资源。利用高于通量测序技术分析了功能微生物的群落组成及结构，探究了潜在的生物代谢通路。分析了功能菌株对不同环境因子的响应，构建了功能菌群与产酸发酵菌的共培养体系，为秸秆生物降解提供了理论技术支撑。
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