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基本信息

項(xiàng)目名稱：
固體有機(jī)廢棄物堆肥過程中纖維素降解菌的篩選及酶活測定
小類：
能源化工
簡介：
有機(jī)固體廢棄物資源化利用（堆肥）過程中，纖維素和木質(zhì)素是微生物分解的主要目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)從環(huán)境中分離出纖維素降解菌，通過堆肥菌種實(shí)驗(yàn)配比得出更高效的堆肥微生物菌群，優(yōu)化有機(jī)固體廢棄物資源化利用工藝，一方面可以緩解畜禽糞便等廢棄物不當(dāng)處置引起的環(huán)境問題；另一方面將有機(jī)固體廢棄物變?yōu)榭筛牧纪寥赖挠袡C(jī)（類）肥料，增加作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)，對(duì)無公害食品、綠色食品、有機(jī)食品的發(fā)展具有重要意義。
詳細(xì)介紹：
在有機(jī)固體廢棄物資源化利用（堆肥）過程中，纖維素和木質(zhì)素是微生物分解的主要目標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)從不同時(shí)期的牛糞堆肥材料、宜興野外竹林的腐殖土、腐爛樹樁、樹葉周圍的土壤等實(shí)驗(yàn)材料中分離出常溫纖維素降解菌。作為進(jìn)行堆肥反應(yīng)的菌種，通過堆肥實(shí)驗(yàn)配比得出更高效的堆肥微生物菌群，優(yōu)化有機(jī)固體廢棄物資源化利用工藝，更高效地降解有機(jī)固體廢棄物，一方面可以緩解農(nóng)業(yè)面源污染等諸多由于畜禽糞便等有機(jī)固體廢棄物不當(dāng)處置引起的環(huán)境問題，做到變廢為寶；另一方面將造成的農(nóng)業(yè)面源污染問題的有機(jī)固體廢棄物變?yōu)榭筛牧纪寥赖挠袡C(jī)（類）肥料，增加作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)，這對(duì)無公害食品、綠色食品、有機(jī)食品的發(fā)展具有重要意義。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

撰寫目的：從實(shí)驗(yàn)材料中篩選出高效的常溫堆肥菌種，優(yōu)化堆肥工藝，有效達(dá)到將更多的有機(jī)固體廢棄物資源化、減量化和無害化的目的。 基本思路：有機(jī)固體廢棄物資源化利用（堆肥）過程中，纖維素和木質(zhì)素是微生物分解的主要目標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)從不同時(shí)期的牛糞堆肥材料、宜興野外竹林的腐殖土、腐爛樹樁、樹葉周圍的土壤等實(shí)驗(yàn)材料中分離出常溫纖維素降解菌，通過堆肥菌種實(shí)驗(yàn)配比優(yōu)化菌群結(jié)構(gòu)，篩選出更高效的堆肥微生物。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本實(shí)驗(yàn)的研究，不同于其他科學(xué)的研究，它是利用生命科學(xué)的知識(shí)解決人類亟待解決的環(huán)境、能源問題。通過篩選能夠高效降解纖維素的微生物，優(yōu)化有機(jī)固體廢棄物資源化利用工藝，更高效地降解有機(jī)固體廢棄物，可以大大緩解農(nóng)業(yè)面源污染等諸多由于畜禽糞便等有機(jī)固體廢棄物不當(dāng)處置引起的環(huán)境問題，真正做到變廢為寶。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本作品篩選出能夠常溫下高效降解纖維素的微生物，通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行菌種配比和堆肥實(shí)驗(yàn)，作為堆肥反應(yīng)的起爆劑，可以優(yōu)化現(xiàn)有的有機(jī)固體廢棄物資源化利用技術(shù)，將造成的農(nóng)業(yè)面源污染問題的有機(jī)固體廢棄物變?yōu)榭梢愿牧纪寥赖挠袡C(jī)（類）肥料，增加作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)， 是一種優(yōu)良的土壤改良劑，這對(duì)無公害食品、綠色食品、有機(jī)食品的發(fā)展乃至中國農(nóng)業(yè)走向世界同樣具有重要意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

本實(shí)驗(yàn)以濾紙條和羧甲基纖維素鈉為碳源，從牛糞堆肥和腐殖土等樣品中分離出8株常溫降解纖維素的細(xì)菌，對(duì)其進(jìn)行簡單染色和革蘭氏染色，并分別對(duì)其進(jìn)行透明圈測定、CMC酶活性測定和濾紙條崩解實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明大部分菌株可以在CMC-剛果紅平板上快速生長，透明圈形成速度達(dá)到8-10mm/d，酶活性最高時(shí)達(dá)到1mg/ml(30min)，在5d內(nèi)能將濾紙條完全降解，常溫纖維素降解菌可以作為堆肥起爆劑。

獲獎(jiǎng)情況

本作品在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)第五屆大學(xué)生科技節(jié)課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲特等獎(jiǎng)

鑒定結(jié)果

設(shè)計(jì)合理嚴(yán)謹(jǐn)，選育菌種已在生產(chǎn)中有良好效果：起爆迅速（48h升溫60℃），發(fā)酵周期短（12-20天完成），腐熟度高（菠菜發(fā)芽率>93%），申請者抓住選育快速分解纖維素的菌株這一關(guān)鍵點(diǎn)，并得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

1.堆肥技術(shù) 19世紀(jì)70年代以來，堆肥法作為一種集糞便處理和資源再生利用于一體的生物處理方法，已成為有機(jī)固體廢棄物資源化、減量化、無害化處理中最為有效的方法之一，具有生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)過程無二次污染，對(duì)農(nóng)作物提供養(yǎng)分維持時(shí)間長，可改良土壤等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外都受到廣泛關(guān)注。經(jīng)堆肥處理后的有機(jī)固體廢棄物，能有效地殺滅其中的病原菌和寄生蟲卵，還能提高有機(jī)廢棄物中的養(yǎng)分有效性、增加作物產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和土壤理化性質(zhì)， 是一種優(yōu)良的土壤改良劑。 2.堆肥過程中的微生物 堆肥是由群落結(jié)構(gòu)演替的多個(gè)微生物群體共同作用實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)過程，是微生物適應(yīng)周圍環(huán)境并與其相互影響的結(jié)果。許多早期研究用傳統(tǒng)的培養(yǎng)基培養(yǎng)方法指出細(xì)菌總數(shù)的變化是高-低-高變化趨勢，高溫期的細(xì)菌種類少于其他時(shí)期；真菌數(shù)在整個(gè)堆肥過程中呈下降趨勢；放線菌數(shù)雖然比細(xì)菌總數(shù)約低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，但其變化規(guī)律與細(xì)菌相似，也呈高-低-高的趨勢。說明腐熟后堆肥腐殖質(zhì)含量豐富，C/N低，細(xì)菌、放線菌含量很高, 施入土壤可增加土壤中的微生物數(shù)量,提高土壤微生物活性。Ishii等采用分子生物學(xué)中的變性梯度凝膠電泳分析法(DGGE) 對(duì)堆肥過程中微生物群落的演替進(jìn)行了較詳細(xì)的研究，將堆肥化過程以溫度和pH值為明顯特征分為4個(gè)階段：常溫(0～2d)、高溫(2～15d)、冷卻(15～25d)、腐熟(25～45d)。分析表明在常溫階段，堆肥物料中有高濃度的有機(jī)酸，此階段出現(xiàn)的微生物多數(shù)是具有發(fā)酵能力的細(xì)菌，能快速分解易降解的有機(jī)物，細(xì)胞數(shù)目迅速增多。高溫階段，隨pH值變化和溫度的升高，能發(fā)酵的細(xì)菌消失，嗜熱芽孢桿菌等微生物出現(xiàn)，因發(fā)生了蛋白水解產(chǎn)生氨，所以pH上升，隨著溫度升高，水解蛋白和產(chǎn)氨的細(xì)菌增加，但很快消失。在冷卻階段出現(xiàn)了梭狀芽孢桿菌類的專性厭氧菌，降解殘余的復(fù)雜有機(jī)物，說明在此階段的堆肥物料中出現(xiàn)厭氧環(huán)境。此后的腐熟階段出現(xiàn)了與節(jié)桿菌屬有關(guān)的土壤微生物，說明堆肥過程后期的物料與土壤類似。Ishii等的研究為此提供了重要信息,并為今后堆肥過程中的微生物分離工作提供了有利線索。 今后，主要研究方向有: (1)有機(jī)固體廢棄物高溫堆肥機(jī)理及有機(jī)物質(zhì)的可降解性及降解率的研究； (2)分離、篩選分解纖維素和木質(zhì)素等難分解物質(zhì)的微生物；(3)對(duì)堆肥腐熟度指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)深入研究，制定合理統(tǒng)一的評(píng)判腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)；（4）確定堆肥中主要作用的微生物。
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