不同菌剂处理对玉米芯发酵过程中纤维素降解及相关酶活性的影响
鲜开梅
摘 要：以玉米芯为发酵原料，EM酵素菌、有机物料腐熟剂、金宝贝菌剂3种市售菌剂为发酵菌剂，研究了3种菌剂处理对玉米芯发酵过程中纤维素降解及相关酶活性的影响。结果表明，不同发酵菌剂处理后，纤维素降解酶的活性均增强，玉米芯基质中的纤维素、半纤维素降解率高于对照，其中EM酵素菌处理效果最佳；3种菌剂处理使木质素过氧化物酶活性增强，可有效提高玉米芯基质中的木质素降解率，其中金宝贝菌剂处理效果最佳，与对照相比降解率提高21.1%～50.5%。
关键词：菌剂；玉米芯；发酵；纤维素降解；酶活性；影响
中图分类号：Q815 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2014）22-0048-05
育苗基质是能为幼苗提供稳定协调的水、气、肥、结构的生长介质，是无土育苗的重要组成部分。大量被抛弃或燃烧的废弃物经过一定加工处理后可作为良好的环保型无土栽培有机基质。近年来，科研工作者利用各种农业副产有机物及某些废弃物研制合成了成本低、资源丰富、可再生的环保型无土栽培有机基质，在各园艺作物上栽培应用效果良好。
目前有机废弃物的有效利用主要通进行高温好氧堆肥化处理，使堆肥原料中的不稳定有机物形成性质稳定、对农作物无害的堆肥产品。但堆肥速度与质量依基质种类、发酵条件（发酵微生物、基质C/N比、含水、氧量等）而不同，其中微生物菌剂与菌种的选择是关系堆肥速度与质量的重要因素。
传统秸秆堆肥通常都是采用改善环境条件或增加营养的方法，往往存在发酵时间长、有臭味且肥效低等问题[1，2]，而且作物秸秆中含有大量成分复杂、难以被充分利用或被大多数微生物直接作为碳源物质而转化利用的木质纤维素[3]。在发酵过程中，降解由易到难依次为：粗脂肪和碳水化合物>纤维素和半纤维素>木质素。如何提高它们的分解速率、缩短发酵周期、提高降解率、得到稳定的发酵产物是目前研究的难点；木质纤维素的生物降解成为生物技术处理作物秸秆的关键，也是近年的研究重点。
目前研究表明[4～6]，采用接种微生物菌剂或有效菌种处理秸秆堆肥，明显地促进了堆肥反应进程。陈华癸[7]教授曾指出，在堆肥过程中，进行人为接种分解有机物能力强的微生物，可加速堆肥材料的腐熟，且形成利于消灭某些病原体、虫卵和杂草种子的高温。秸秆堆肥发酵过程中，目前有采用单一菌株作为发酵剂的方法，也有采用高效复合菌剂作为发酵剂。此外，在堆肥发酵过程中加入木质素分解菌以促进木质素这类难降解有机物质的分解，可有效缩短发酵时间，提高堆肥处理效果。
玉米芯是玉米的副产品，新疆地区玉米资源丰富，每年经过脱粒下的玉米芯，倘若经过腐熟堆肥化作用后作为无土栽培基质，对资源的综合利用和地方经济的发展有很大的促进作用。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2013年3月5日至12月10日在石河子大学农学院试验站设施温室内进行。以玉米芯为材料。试验采用的3种市售微生物菌剂分别是：EM酵素菌（购于河南磐龙酵素菌生物工程有限公司）；有机物料腐熟剂（购于北京世纪阿姆斯生物技术有限公司）；金宝贝菌剂（购于北京华夏康源科技有限公司）。
1.2 试验方法与处理
试验采用堆肥化腐熟处理，堆置前将玉米芯粉碎至0.3～0.5 cm，玉米芯添加羊粪、尿素以及水等配料，调配至适宜的C/N比（30∶1）及控制总物料含水量为50%～60%，将预培养的菌剂均匀地与玉米芯基质充分混合。试验共设置4个处理，详见表1，以不添加发酵菌剂的处理为对照（CK）。随机区组设计，重复3次。堆体体积约直径1.5 m，高0.8 m，堆体上覆盖塑料薄膜进行发酵。堆肥发酵期间每天14：00观察堆体温度，待堆体温度达到65℃左右时，及时翻堆并调整水分含量在50%～60%。在试验期间共取样4次，依次为发酵后0，10，20，30 d，取各处理堆体中心部位处基质100 g作为样品，带回实验室使其自行风干后进行理化性质的测定。待堆体温度与环境温度基本一致、发酵物料变成深褐色、无恶臭味时结束。
1.3 测定内容及方法
①纤维素、半纤维素、木质素含量的测定 发酵结束后取发酵样品烘干至恒重，参考贺明娟等[8]的方法分析其中纤维素、半纤维素、木质素的含量，结合初始发酵物料中各纤维类组分的含量，分别计算纤维素、半纤维素和木质素的降解率。
②酶液提取 隔5 d取2.0 g发酵的固体基质，用12 mL双蒸水于4°C浸提甘草渣固体培养物过夜，200 r/min振荡提取1 h，转移提取液；再用
4 mL双蒸水，于200 r/min振荡提取15 min，重复一次，完全转移、合并提取液，4°C保存待测酶活性。
③酶活性测定 a.木质素过氧化物酶（LiP）活力测定。取0.2 mL藜芦醇溶液（10 mmol/L）、0.4 mL酒石酸缓冲液（250 mmol/L，pH值3.0）与0.4 mL粗酶液混匀，即得1 mL反应液。在30℃下，往此反应液中加20 μL H2O2溶液（20 mmol/L）启动酶促反应，并在310 nm波长下测定反应1 min前后的反应液吸光度变化。一个酶活力单位（U）定义为每1 min氧化藜芦醇产生1 μmol藜芦醛所需的酶量。
b.漆酶（Lac）活力的测定。采用ABTS 法，反应液在30℃保温3 min ，后在波长420 nm 处测定吸光值的增加。将在100℃煮沸15 min 的酶液作为阴性对照。酶活力单位定义为反应体系中每1 min引起0.1个吸光度增加所需的酶量。
c.纤维素酶（FP）活力的测定。取0.5 mL的酶液，加入1 mL 1% CMC-Na溶液，混匀，50℃水浴15 min，加入2 mL DNS 煮沸10 min，流水冷却，加蒸馏水定容至10 mL，混匀，测OD540值。对照：在0.5 mL稀释酶液加入1 mL 1% CMC-Na溶液，再加入2 mL DNS煮沸10 min，流水冷却，加蒸馏水定容至10 mL，混匀，测OD540值。酶活力定义为每1 min产生1 μmol的葡萄糖的酶量为一个酶活力单位。
d.羟甲基纤维素酶（CMC）、木聚糖酶活性测定。采用DNS法。
1.4 数据处理
数据取平均值，采用 Excel 2003和DPS 7.5软件进行处理，并进行Duncan's多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中纤维素、半纤维素降解率的变化
①纤维素降解率 由图1可知，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为12.3%、15.8%和15.4%，分别比对照的12.1%高1.7%、30.6%
和25.6%，T2和T3与对照相比差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为26.6%、25.7%和23.7%，分别比对照的18.6%高43.0%、38.2%和37.6%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T2之间无显著差异。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为44.4%、34.4%和36.3%，分别比对照的24.9%高78.30%、38.2%和45.8%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T2和T3之间无显著差异。说明3种菌种处理可有效地提高玉米芯基质的纤维素降解率，T1效果最佳。
②半纤维素降解率 从图2可看出，半纤维素随发酵时间的延长降解趋势与纤维素一致。经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的半纤维素均有不同程度的降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为24.3%、20.0%和23.1%，分别比对照的13.8%高76.1%、44.9%和67.4%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T3间无显著差异，但与T2差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为35.3%、28.5%和34.5%，分别比对照的23.3%高51.5%、22.3%和48.1%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T3之间无显著差异，但与T2差异显著。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为48.9%、43.9%和42.1%，分别比对照的35.8%高36.6%、22.6%和17.6%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T2和T3之间无显著差异，但与T1达到显著差异。说明3种菌种处理均可有效提高玉米芯基质的半纤维素降解率，其中T1效果最佳。
2.2 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木质素降解率的变化
由图3可知，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的木质素均有不同程度的降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为12.2%、12.4%和15.9%，分别比对照的11.1%高9.9%、10.9%和43.2%，T1和T2与对照相比无显著差异，T3与对照之间差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为16.0%、18.3%和25.1%，分别比对照的15.2%高5.3%、20.4%和65.1%，T1与对照相比无明显差异，T1、T2和T3之间差异显著。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为25.1%、24.6%和29.5%，分别比对照的19.6%高28.1%、25.5%和50.5%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1、T2和T3之间差异显著。说明3种菌种处理均可有效提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。
2.3 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中纤维素降解酶活性的变化
①纤维素酶 从图4可以看出，纤维素酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～10 d的时间，随着发酵天数的增加，纤维素酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的纤维素酶活性均高于对照，T1活性最强，与对照相比提高36.1%，与其他各处理之间差异明显，且T1的纤维素酶活性在发酵10 d时表现为峰值，为7.2 U/L，其他各处理均在20 d时出现峰值，之后随着发酵时间的延长，纤维素酶活性开始缓慢降低，发酵
30 d测得各处理之间无明显差异。
②羟甲基纤维素酶 从图5可以看出，羟甲基纤维素酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～10 d，随着发酵天数的增加，羟甲基纤维素酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的羟甲基纤维素酶活性均高于对照，T1活性最强，与对照相比提高26.3%，与其他各处理之间差异明显。T1和T2的羟甲基纤维素酶活性在发酵10 d时表现为峰值，分别为227.7 U/L和179.6 U/L。T3和CK处理均在20 d时出现峰值，之后随着发酵时间的延长，羟甲基纤维素酶活性开始迅速降低，发酵30 d测得各处理的羟甲基纤维素酶活性表现为最低，各处理之间无明显差异。
2.4 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木质素降解酶活性的变化
①木质素过氧化物酶 从图6可以看出，在0～30 d，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现先升高后降低的趋势。在0～10 d，随着发酵天数的增加，各处理木质素过氧化物酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照，T1、T2和T3分别较对照提高125.4%、50.1%和175.1%。T3活性最强，在发酵20 d后达到峰值，与对照相比提高362.5%，且与其他各处理间差异明显，之后迅速下降，在发酵30 d后测得的木质素过氧化物酶活性仍高于其他各处理，且差异明显，T1和T2与对照之间无明显差异。
②漆酶 如图7所示，在整个试验过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，漆酶活性逐渐增强，在0～10 d增加迅速，之后T3的漆酶活性仍保持较高速度的增长，在发酵20 d时CK、T1和T3的漆酶活性均达到最大值，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的漆酶活性均高于对照，T3活性明显高于CK、 T1和T2。之后随着发酵时间的延长，漆酶活性开始急剧降低，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无明显差异。
2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化
从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。
3 结论与讨论
本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。
本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。
真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。
木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。
参考文献
[1] 李国学，张福锁.固体废物堆肥化与有机复混肥生产[M].北京：化学工业出版社，2000.
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[5] Chen Z， Huang G H， Chakma A. A screening approach for decision analysis of composting actions-a Canadian case study[C]. Saskatoon Canada： The 49th Annual CSCHE Conference， 1999.
[6] Vuorinen A H， Saharinen M H. Evolution of microbiological and chemical parameters during manure and straw co-composting in a drum composting system [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 1997， 66： 19-29.
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[8] 贺明娟，韩广泉，刘慧英.不同菌种对甘草渣降解的影响研究[J].新疆农业科学，2009（4）：805-809.
2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化
从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。
3 结论与讨论
本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。
本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。
真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。
木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。
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[8] 贺明娟，韩广泉，刘慧英.不同菌种对甘草渣降解的影响研究[J].新疆农业科学，2009（4）：805-809.
2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化
从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。
3 结论与讨论
本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。
本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。
真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。
木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。
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摘 要：以玉米芯为发酵原料，EM酵素菌、有机物料腐熟剂、金宝贝菌剂3种市售菌剂为发酵菌剂，研究了3种菌剂处理对玉米芯发酵过程中纤维素降解及相关酶活性的影响。结果表明，不同发酵菌剂处理后，纤维素降解酶的活性均增强，玉米芯基质中的纤维素、半纤维素降解率高于对照，其中EM酵素菌处理效果最佳；3种菌剂处理使木质素过氧化物酶活性增强，可有效提高玉米芯基质中的木质素降解率，其中金宝贝菌剂处理效果最佳，与对照相比降解率提高21.1%～50.5%。
关键词：菌剂；玉米芯；发酵；纤维素降解；酶活性；影响
中图分类号：Q815 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2014）22-0048-05
育苗基质是能为幼苗提供稳定协调的水、气、肥、结构的生长介质，是无土育苗的重要组成部分。大量被抛弃或燃烧的废弃物经过一定加工处理后可作为良好的环保型无土栽培有机基质。近年来，科研工作者利用各种农业副产有机物及某些废弃物研制合成了成本低、资源丰富、可再生的环保型无土栽培有机基质，在各园艺作物上栽培应用效果良好。
目前有机废弃物的有效利用主要通进行高温好氧堆肥化处理，使堆肥原料中的不稳定有机物形成性质稳定、对农作物无害的堆肥产品。但堆肥速度与质量依基质种类、发酵条件（发酵微生物、基质C/N比、含水、氧量等）而不同，其中微生物菌剂与菌种的选择是关系堆肥速度与质量的重要因素。
传统秸秆堆肥通常都是采用改善环境条件或增加营养的方法，往往存在发酵时间长、有臭味且肥效低等问题[1，2]，而且作物秸秆中含有大量成分复杂、难以被充分利用或被大多数微生物直接作为碳源物质而转化利用的木质纤维素[3]。在发酵过程中，降解由易到难依次为：粗脂肪和碳水化合物>纤维素和半纤维素>木质素。如何提高它们的分解速率、缩短发酵周期、提高降解率、得到稳定的发酵产物是目前研究的难点；木质纤维素的生物降解成为生物技术处理作物秸秆的关键，也是近年的研究重点。
目前研究表明[4～6]，采用接种微生物菌剂或有效菌种处理秸秆堆肥，明显地促进了堆肥反应进程。陈华癸[7]教授曾指出，在堆肥过程中，进行人为接种分解有机物能力强的微生物，可加速堆肥材料的腐熟，且形成利于消灭某些病原体、虫卵和杂草种子的高温。秸秆堆肥发酵过程中，目前有采用单一菌株作为发酵剂的方法，也有采用高效复合菌剂作为发酵剂。此外，在堆肥发酵过程中加入木质素分解菌以促进木质素这类难降解有机物质的分解，可有效缩短发酵时间，提高堆肥处理效果。
玉米芯是玉米的副产品，新疆地区玉米资源丰富，每年经过脱粒下的玉米芯，倘若经过腐熟堆肥化作用后作为无土栽培基质，对资源的综合利用和地方经济的发展有很大的促进作用。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验于2013年3月5日至12月10日在石河子大学农学院试验站设施温室内进行。以玉米芯为材料。试验采用的3种市售微生物菌剂分别是：EM酵素菌（购于河南磐龙酵素菌生物工程有限公司）；有机物料腐熟剂（购于北京世纪阿姆斯生物技术有限公司）；金宝贝菌剂（购于北京华夏康源科技有限公司）。
1.2 试验方法与处理
试验采用堆肥化腐熟处理，堆置前将玉米芯粉碎至0.3～0.5 cm，玉米芯添加羊粪、尿素以及水等配料，调配至适宜的C/N比（30∶1）及控制总物料含水量为50%～60%，将预培养的菌剂均匀地与玉米芯基质充分混合。试验共设置4个处理，详见表1，以不添加发酵菌剂的处理为对照（CK）。随机区组设计，重复3次。堆体体积约直径1.5 m，高0.8 m，堆体上覆盖塑料薄膜进行发酵。堆肥发酵期间每天14：00观察堆体温度，待堆体温度达到65℃左右时，及时翻堆并调整水分含量在50%～60%。在试验期间共取样4次，依次为发酵后0，10，20，30 d，取各处理堆体中心部位处基质100 g作为样品，带回实验室使其自行风干后进行理化性质的测定。待堆体温度与环境温度基本一致、发酵物料变成深褐色、无恶臭味时结束。
1.3 测定内容及方法
①纤维素、半纤维素、木质素含量的测定 发酵结束后取发酵样品烘干至恒重，参考贺明娟等[8]的方法分析其中纤维素、半纤维素、木质素的含量，结合初始发酵物料中各纤维类组分的含量，分别计算纤维素、半纤维素和木质素的降解率。
②酶液提取 隔5 d取2.0 g发酵的固体基质，用12 mL双蒸水于4°C浸提甘草渣固体培养物过夜，200 r/min振荡提取1 h，转移提取液；再用
4 mL双蒸水，于200 r/min振荡提取15 min，重复一次，完全转移、合并提取液，4°C保存待测酶活性。
③酶活性测定 a.木质素过氧化物酶（LiP）活力测定。取0.2 mL藜芦醇溶液（10 mmol/L）、0.4 mL酒石酸缓冲液（250 mmol/L，pH值3.0）与0.4 mL粗酶液混匀，即得1 mL反应液。在30℃下，往此反应液中加20 μL H2O2溶液（20 mmol/L）启动酶促反应，并在310 nm波长下测定反应1 min前后的反应液吸光度变化。一个酶活力单位（U）定义为每1 min氧化藜芦醇产生1 μmol藜芦醛所需的酶量。
b.漆酶（Lac）活力的测定。采用ABTS 法，反应液在30℃保温3 min ，后在波长420 nm 处测定吸光值的增加。将在100℃煮沸15 min 的酶液作为阴性对照。酶活力单位定义为反应体系中每1 min引起0.1个吸光度增加所需的酶量。
c.纤维素酶（FP）活力的测定。取0.5 mL的酶液，加入1 mL 1% CMC-Na溶液，混匀，50℃水浴15 min，加入2 mL DNS 煮沸10 min，流水冷却，加蒸馏水定容至10 mL，混匀，测OD540值。对照：在0.5 mL稀释酶液加入1 mL 1% CMC-Na溶液，再加入2 mL DNS煮沸10 min，流水冷却，加蒸馏水定容至10 mL，混匀，测OD540值。酶活力定义为每1 min产生1 μmol的葡萄糖的酶量为一个酶活力单位。
d.羟甲基纤维素酶（CMC）、木聚糖酶活性测定。采用DNS法。
1.4 数据处理
数据取平均值，采用 Excel 2003和DPS 7.5软件进行处理，并进行Duncan's多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中纤维素、半纤维素降解率的变化
①纤维素降解率 由图1可知，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为12.3%、15.8%和15.4%，分别比对照的12.1%高1.7%、30.6%
和25.6%，T2和T3与对照相比差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为26.6%、25.7%和23.7%，分别比对照的18.6%高43.0%、38.2%和37.6%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T2之间无显著差异。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的纤维素降解率为44.4%、34.4%和36.3%，分别比对照的24.9%高78.30%、38.2%和45.8%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T2和T3之间无显著差异。说明3种菌种处理可有效地提高玉米芯基质的纤维素降解率，T1效果最佳。
②半纤维素降解率 从图2可看出，半纤维素随发酵时间的延长降解趋势与纤维素一致。经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的半纤维素均有不同程度的降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为24.3%、20.0%和23.1%，分别比对照的13.8%高76.1%、44.9%和67.4%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T3间无显著差异，但与T2差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为35.3%、28.5%和34.5%，分别比对照的23.3%高51.5%、22.3%和48.1%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1和T3之间无显著差异，但与T2差异显著。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的半纤维素降解率为48.9%、43.9%和42.1%，分别比对照的35.8%高36.6%、22.6%和17.6%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T2和T3之间无显著差异，但与T1达到显著差异。说明3种菌种处理均可有效提高玉米芯基质的半纤维素降解率，其中T1效果最佳。
2.2 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木质素降解率的变化
由图3可知，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的木质素均有不同程度的降解。在发酵10 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为12.2%、12.4%和15.9%，分别比对照的11.1%高9.9%、10.9%和43.2%，T1和T2与对照相比无显著差异，T3与对照之间差异显著。在发酵20 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为16.0%、18.3%和25.1%，分别比对照的15.2%高5.3%、20.4%和65.1%，T1与对照相比无明显差异，T1、T2和T3之间差异显著。在发酵30 d测得，T1、T2和T3的木质素降解率为25.1%、24.6%和29.5%，分别比对照的19.6%高28.1%、25.5%和50.5%，T1、T2和T3与对照相比差异显著，T1、T2和T3之间差异显著。说明3种菌种处理均可有效提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。
2.3 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中纤维素降解酶活性的变化
①纤维素酶 从图4可以看出，纤维素酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～10 d的时间，随着发酵天数的增加，纤维素酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的纤维素酶活性均高于对照，T1活性最强，与对照相比提高36.1%，与其他各处理之间差异明显，且T1的纤维素酶活性在发酵10 d时表现为峰值，为7.2 U/L，其他各处理均在20 d时出现峰值，之后随着发酵时间的延长，纤维素酶活性开始缓慢降低，发酵
30 d测得各处理之间无明显差异。
②羟甲基纤维素酶 从图5可以看出，羟甲基纤维素酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～10 d，随着发酵天数的增加，羟甲基纤维素酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的羟甲基纤维素酶活性均高于对照，T1活性最强，与对照相比提高26.3%，与其他各处理之间差异明显。T1和T2的羟甲基纤维素酶活性在发酵10 d时表现为峰值，分别为227.7 U/L和179.6 U/L。T3和CK处理均在20 d时出现峰值，之后随着发酵时间的延长，羟甲基纤维素酶活性开始迅速降低，发酵30 d测得各处理的羟甲基纤维素酶活性表现为最低，各处理之间无明显差异。
2.4 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木质素降解酶活性的变化
①木质素过氧化物酶 从图6可以看出，在0～30 d，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现先升高后降低的趋势。在0～10 d，随着发酵天数的增加，各处理木质素过氧化物酶活性逐渐增强，在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照，T1、T2和T3分别较对照提高125.4%、50.1%和175.1%。T3活性最强，在发酵20 d后达到峰值，与对照相比提高362.5%，且与其他各处理间差异明显，之后迅速下降，在发酵30 d后测得的木质素过氧化物酶活性仍高于其他各处理，且差异明显，T1和T2与对照之间无明显差异。
②漆酶 如图7所示，在整个试验过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，漆酶活性逐渐增强，在0～10 d增加迅速，之后T3的漆酶活性仍保持较高速度的增长，在发酵20 d时CK、T1和T3的漆酶活性均达到最大值，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的漆酶活性均高于对照，T3活性明显高于CK、 T1和T2。之后随着发酵时间的延长，漆酶活性开始急剧降低，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无明显差异。
2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化
从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。
3 结论与讨论
本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。
本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。
真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。
木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。
参考文献
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[6] Vuorinen A H， Saharinen M H. Evolution of microbiological and chemical parameters during manure and straw co-composting in a drum composting system [J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 1997， 66： 19-29.
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[8] 贺明娟，韩广泉，刘慧英.不同菌种对甘草渣降解的影响研究[J].新疆农业科学，2009（4）：805-809.
2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化
从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。
3 结论与讨论
本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。
本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。
真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。
木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。
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[8] 贺明娟，韩广泉，刘慧英.不同菌种对甘草渣降解的影响研究[J].新疆农业科学，2009（4）：805-809.
2.5 不同菌种处理下玉米芯基质发酵过程中木聚糖酶活性的变化
从图8中可以看出，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，在试验过程中，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照差异均不明显。且各处理的木聚糖酶活性在发酵20 d时表现为峰值，之后随着发酵时间的延长，木聚糖酶活性开始急剧下降，发酵30 d测得T1的木聚糖酶活性表现为最低。
3 结论与讨论
本试验研究结果表明，不同发酵菌剂处理下，玉米芯中半纤维素的降解率普遍高于纤维素的降解率，说明所用菌种（剂）对半纤维素都具有较强的降解能力，玉米芯中半纤维素比较容易降解。
本研究结果表明，经过30 d的发酵培养，3种不同菌种处理下的玉米芯基质发酵过程中的纤维素均有不同程度的降解，说明3种菌种处理可有效的提高玉米芯基质的纤维素降解率，其中T1效果最佳。同时，3种菌种处理也均可有效地提高玉米芯基质的木质素降解率，其中T3效果最佳，T1次之。研究结果表明，通过利用木质素优良降解菌和纤维素优良降解菌混合发酵降解木质素、纤维素和半纤维素的降解工艺是可行的，有一定的实用性。这种共降解工艺为甘草渣的生物降解提供了一种新途径。同时利用市场上现售菌剂对玉米芯进行降解，也具有一定的实用性，加快了玉米芯发酵进程，缩短了发酵时间。
真菌分解木质素主要是依靠一个复杂的胞外过氧化酶系统。该系统主要由木质素过氧化物酶（Lignin Peroxidase/LiP）、锰过氧化物酶（Manganases Peroxidase/MnP）和漆酶（Laccase/Lac）3种酶构成。白腐菌是少数的能选择性降解木质素的真菌之一，它们通过分泌木质素降解酶系的主要成分等胞外氧化酶来降解木质素。在3种不同处理下的发酵过程中分别取样进行木质素过氧化物酶、漆酶的测定，结果表明，在0～30 d的发酵时间内，除对照的木质素过氧化物酶活性变化不明显外，各发酵处理木质素过氧化物酶活性表现为先升高后降低的趋势；在发酵10 d后测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木质素过氧化物酶活性均高于对照；在整个测定过程中对照和各处理漆酶活性表现先升高后降低的趋势，发酵30 d测得T3处理漆酶活性高于其他各处理，但各处理之间无显著差异。以上结果说明，在玉米芯发酵过程中，金宝贝微生物菌剂能促进基质中木质素过氧化物酶活性和漆酶活性的增强，促进基质腐熟，使有机物料释放大量的养分。
木聚糖是植物细胞的一种主要的结构多糖，是自然界含量位居第2位的多糖，占地球上约1/3的可再生有机碳源，是半纤维素的主要成分，木聚糖酶是一类水解酶，可以将木聚糖降解成低聚木糖和木糖。本研究结果表明，在0～30 d的发酵过程中，木聚糖酶活性表现先升高后降低的趋势，在0～20 d，随着发酵天数的增加，木聚糖酶活性逐渐增强，在发酵20 d后急剧下降，测得3种添加菌剂的玉米芯基质中的木聚糖酶活性与对照无明显差异。
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