一种可在低温下高效降解秸秆的复合菌剂

本发明涉及微生物资源开发利用，特别是涉及一种可在低温下高效降解秸秆的复合菌剂。

背景技术：

1、全世界每年生产超过数千亿吨的农作物秸秆，其中一些被焚烧或丢弃，导致自然资源的严重浪费和环境污染。因此，农业秸秆的有效利用对环境保护和资源再利用非常重要。玉米是世界上重要的农作物，也是常见的纤维素类资源。纤维素、半纤维素和木质素是玉米的主要物质成分，它们结合在一起形成高度刚性的作物网络结构。玉米秸秆的利用范围很广，如堆肥、厌氧消化、制氢、发电和建筑等。然而，由于纤维素是由多个葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的直链高分子化合物，具有不溶性的刚性结构，分子间与分子内存在大量的氢键，它与木质素和半纤维素形成了复杂的三维网络。纤维素的存在阻碍了纤维素酶与木质纤维素和半纤维素的接触，从而限制了秸秆的生物利用率。由于玉米秸秆本身纤维素含量高，木质纤维素的结构十分稳定，尤其是在我国北方地区和南方作物采收后的低温环境导致秸秆腐解缓慢，不利于秸秆的循环利用，如果直接还田还会破坏耕地的土壤结构和性质，直接影响后续的农业生产。

2、我国东北地区地处中纬度，年平均气温为5℃左右，这种低温环境极大的限制了土壤中微生物的生长，使土壤还田的自然降解受到极大的阻碍，东北地区土壤冻融频繁的特点进一步降低了秸秆的自热降解速度。因此，获得高效降解能力的耐低温微生物是打破高寒地区低温条件制约农作物秸秆资源化利用的有效路径。近年来围绕低温秸秆降解菌的开发领域已有不少研究工作，但能耐如此低温环境的菌剂很少，同时能用于东北地区冬季秸秆直接还田的菌剂更是几乎未见报道。获得高活性、深度耐低温的菌剂是十分必要的。

3、随着化肥的过度施用导致土壤板结的一系列问题。对于有机肥的需求日益增长。秸秆中富含纤维素、半纤维素和木质素等有机物，经过合理处理将是重要的有机肥来源。但传承的生物有机肥生产需要将秸秆收集到一起，经过堆肥等过程将秸秆腐解生产有机肥。堆肥工艺主要包括条剁式堆肥和反应器堆肥。其中反应器堆肥主要包括：卧式堆肥反应器、槽式堆肥反应器等。反应器可以快速堆肥成功，但反应器的成本高导致实际生产中的使用率较低。条剁式堆肥是目前应用最广泛的堆肥方式，但是堆肥过程是一个好氧发酵过程，在堆肥过程中要充分保证氧含量；如果氧含量不足，会导致氨气等污染气体产生。同时在堆肥过程中产生的大量生物热积累导致温度迅速升温，如果超过65℃会导致烧肥导致堆肥失败。因此，堆肥过程中至少需要2～3次的翻堆。而秸秆的处理量巨大，需要人力和机械成本过高，不利于规模化生产。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供一种可在低温条件下原地高效降解秸秆、同时生成腐殖质有机肥的复合菌剂。

2、本发明所述可在低温条件下高效降解秸秆的复合菌剂lhwa，由蜡样芽孢杆菌(bacillus cereus,w118)、洛菲不动杆菌(acinetobacter lwoffii,l1)、灰黄青霉(penicillium griseofulvum,a2)和绳状蓝状菌(talaromyces funiculosus,a6)组成。

3、其中，蜡样芽孢杆菌w118为已在专利cn115537349a中公开的菌株，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号：cgmcc no.23973；洛菲不动杆菌l1为已在专利cn117106612a中公开的菌株，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号：cgmcc no.24216；灰黄青霉a2为已在专利cn113481103a中公开的菌株，已保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，保藏编号：cgmcc no.19940；

4、绳状蓝状菌a6的保藏编号：cgmcc no.21421，保藏日期：2020年12月29日，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。

5、进一步地，所述复合菌剂lhwa中，蜡样芽孢杆菌w118、洛菲不动杆菌l1、灰黄青霉a2和绳状蓝状菌a6的活菌数比例为：1:2:1:1。

6、优选地，所述复合菌剂lhwa中各菌的活菌数按菌落数量如下：

7、

8、进一步地，本发明提供上述复合菌剂lhwa的制备方法，其特征在于：将蜡样芽孢杆菌菌株w118、洛菲不动杆菌l1、灰黄青霉菌株a2、绳状蓝状菌a6分别单独接种至cmc-na培养基中，于20～25℃振荡培养数天后离心收集4种菌体；用无菌生理盐水分别按所需浓度重悬4种菌体，得到4种菌悬液；将4种菌悬液按所需比例混合，得到复合菌剂lhwa。

9、进一步地，本发明提供利用上述复合菌剂lhwa原位低温降解秸秆的方法，其特征在于：将复合菌剂lhwa均匀喷洒在秸秆表面，充分洒水保证秸秆的湿度不低于60％，之后在秸秆表面覆膜，于4℃下放置至少15天；其中，所述复合菌剂lhwa中各菌的活菌数均不低于1.0×107cfu/ml，所述复合菌剂的使用量为：每吨秸秆对应喷洒0.5～0.7kg菌剂。

10、本发明复合菌剂lhwa可在低温条件下高效原地腐解秸秆、生产腐殖质生物有机肥，从而避免秸秆收集、溶解氧补充及大型机械作业等生产工序，显著降低人力及机械作业的强度和成本。本发明复合菌剂lhwa在4℃低温环境下，经30天液体发酵后，对秸秆的降解效率达到55％；发酵期间测定粗酶液中的纤维素酶、滤纸酶、漆酶以及木质素过氧化物酶的酶活最高分别达到：23.95±0.47u/ml、28.09±0.21u/ml、0.79±0.05u/ml、0.87±0.08u/ml，说明在低温条件下，复合菌剂lhwa各菌株之间能够发挥更好的协同作用，产生的木质纤维素水解酶加快秸秆的分解与转化，降解作用显著强于单一菌株。复合菌剂lhwa可在降解秸秆的同时产生大量生物有机肥，可显著增加来年作物产量。

技术特征：

1.一种可在低温条件下高效降解秸秆的复合菌剂，其特征在于由蜡样芽孢杆菌(bacillus cereus,w118)、洛菲不动杆菌(acinetobacter lwoffii,l1)、灰黄青霉(penicillium griseofulvum,a2)和绳状蓝状菌(talaromyces funiculosus,a6)组成；其中：绳状蓝状菌a6的保藏编号：cgmcc no.21421，保藏日期：2020年12月29日，保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(cgmcc)，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所。

2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于：所述复合菌剂中的蜡样芽孢杆菌w118、洛菲不动杆菌l1、灰黄青霉a2和绳状蓝状菌a6的活菌数比例为：1:2:1:1。

3.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于：所述复合菌剂中各菌的活菌数按菌落数量如下：

4.一种权利要求1～3中任意一项所述的复合菌剂的制备方法，其特征在于：将蜡样芽孢杆菌菌株w118、洛菲不动杆菌l1、灰黄青霉菌株a2、绳状蓝状菌a6分别单独接种至cmc-na培养基中，于20～25℃振荡培养数天后离心收集4种菌体；用无菌生理盐水分别按所需浓度重悬4种菌体，得到4种菌悬液；将4种菌悬液按所需比例混合，得到复合菌剂。

5.一种利用权利要求1或2所述的复合菌剂原位低温降解秸秆的方法，其特征在于：将复合菌剂均匀喷洒在秸秆表面，充分洒水保证秸秆的湿度不低于60％，之后在秸秆表面覆膜，于4℃下放置至少15天；其中，所述复合菌剂中各菌的活菌数均不低于1.0×107cfu/ml，所述复合菌剂的使用量为：每吨秸秆对应喷洒0.5～0.7kg菌剂。

技术总结
本发明提供了一种可在低温条件下高效降解秸秆的复合菌剂LHWA，由蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus,W118)、洛菲不动杆菌(Acinetobacter lwoffii,L1)、灰黄青霉(Penicillium griseofulvum,A2)和绳状蓝状菌(Talaromyces funiculosus,A6)组成。本发明复合菌剂LHWA可在低温条件下高效原地腐解秸秆、产生有机质，作为生物有机肥基底可显著增加来年作物产量；从而避免秸秆收集、溶解氧补充及大型机械作业等生产工序，显著降低人力及机械作业的强度和成本。

技术研发人员：才金玲,胡秦博
受保护的技术使用者：天津科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17