عنوان

جداسازی میکروارگانیسم‌های گرمادوست تجزیه‌کننده لیگنین برای تسریع تولید و بهبود کیفیت کمپوست,‮‭Isolation of thermophile ligninolytic microorganisms for acceleration of compost production and its quality improvement‬

Number

‭۲۱۱۵۳پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

جداسازی میکروارگانیسم‌های گرمادوست تجزیه‌کننده لیگنین برای تسریع تولید و بهبود کیفیت کمپوست

Parallel Title Proper

‮‭Isolation of thermophile ligninolytic microorganisms for acceleration of compost production and its quality improvement‬

First Statement of Responsibility

/آرش همتی ینگجه

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فنی و مهندسی عمران

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۷‬

Name of Manufacturer

، افشاری

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۲۰۲‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

ژئوتکنیک

Date of degree

‮‭۱۳۹۷/۰۵/۲۲‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در طول پروسه تولید کمپوست، جمعیت میکروبی در فاز ترموفیلیک کاهش می یابد .در مواد اولیه وجود میکروارگانیسم‌صهای ترموفیل توانا در تجزیه‌صکننده لیگنین، ممکن است میزان تجزیه را افزایش دهد .در این تحقیق ‮‭۳۲۷‬ جدایه گرمادوست از نمونه‌صهای مختلف کمپوست و خاک جداسازی و خالص سازی شد .از میان ‮‭۳۲۷‬ جدایه، ‮‭۱۱۸‬ جدایه فاقد توان لیگنینازی) کیفی (و ‮‭۱۳۷‬ جدایه فاقد توان سلولازی) کیفی (بودند ‮‭۲۴‬ .جدایه که دارای بالاترین توان آنزیمی توأم سلولازی و لیگنینازی بودند برای سنجش‌صهای کمی آنزیمی انتخاب شدند .جدایه‌صهای‮‭۱۵۱VC‬ ،‮‭۱VC‬ ،‮‭۱۲C‬ ،‮‭۱۳C‬ ، ‮‭۴۷YZ‬و ‮‭۱۰۴C‬دارای بیشترین فعالیت سلولازی، لیگنینازی، بتا-گلوکوزیدازی، زایلانازی، مانازی و آمیلازی در سنجش کمی بودند .این جدایه‌صها در دمای ‮‭۵۸‬ ‮‭C‬نسبت به دمای ‮‭۲۵‬ ‮‭C‬فعالیت آنزیمی بیشتری داشتند .با توجه به نتایج توالی‌صیابی‮‭rDNA - ۱۶S‬و آزمون‌صهای بیوشیمیایی، این جدایه‌صها به ترتیب به عنوان‮‭Paenibacillus lautus‬ ،‮‭Paenibacillus validus‬ ،‮‭Paenibacillus koreensis‬ ،‮‭Paenibacillus thailandensis‬ ، ‮‭Paenibacillus cellulositrophicus‬ و ‮‭Bacillus nealsonii‬ شناسایی شدند .سه جدایه ‮‭۱VC P. validus‬ ، ‮‭۱۲C P. koreensis‬ و ‮‭۱۰۴C B. nealsonii‬ که دارای بیشترین فعالیت لیگنوسلولیتیک بودند، برای تولید کمپوست استفاده شدند .در قسمت دوم برای تولید کمپوست از ضایعات بخش کشاورزی) برگ سیب، گوجه‌صفرنگی، سیب‌صزمینی و خاک‌صاره (استفاده شد .کلیه مواد مورد استفاده در ابعاد کمتر از دو سانتی‌صمتر پودر شدند .در بسترها از اوره برای تنظیم ‮‭C/N‬ در حدود ‮‭۲۵‬ استفاده گردید .تل‌صها با ‮‭۳‬ متر طول، ‮‭۵/۱‬ عرض و ‮‭۱‬ متر ارتفاع با وزن تقریبی ‮‭۲۲۵۰‬ کیلوگرم ایجاد گردیدند .برای تلقیح زادمایه باکتری، پنج لیتر زادمایه ‮‭(/ml۱۰۹)‬ به یک درصد از بسترهای مورد استفاده اضافه گردید و بعد از سه روز به تل‌صهای مورد آزمایش اضافه شد .این تحقیق با طرح آشیانه‌صای فاکتوریل به مدت شش ماه انجام شد .برای این منظور فاکتور اول شامل دو بستر آلی) بستر با درصد لیگنین زیاد‮‭۲۵ ) - (۳۰‬و بستر با درصد لیگنین کم‮‭۱۵ )) - (۲۰‬و فاکتور دوم شامل تلقیح باکتریایی) سه گونه‮‭۱VC‬ ، ‮‭۱۲C‬ و‮‭۱۰۴C‬ ، مخلوط سه گونه) کنسرسیوم (و شاهد بدون تلقیح (بود .برای هر تیمار، یک تل و ک‍ ‮‭۱۰‬ تل تهیه شد .از هر تل از سه مقطع نمونه‌صبرداری گردید که بعنوان سه تکرار در نظر گرفته شد .فعالیت تنفسی، ویژگی‌صهای هوموسی‌صشدن، گروه‌صهای عاملی، تجزیه عنصری، تجزیه‌صهای اسپکتروسکوپی) مادون قرمز و اسپکتروفتومتر(، نسبت‮‭C/N‬ ، خاکستر، نیترات،‮‭pH‬ ،‮‭EC‬ ، دما، شاخص جوانه‌صزنی و فعالیت‌صهای آنزیمی سلولاز، لیگنیناز، بتاصگلوکوزیداز، زایلاناز، پروتئاز، اوره‌صآز و فسفومونواستراز قلیایی در طول کمپوست‌صشدن اندازه‌صگیری شدند .نتایج نشان داد که باکتری‌صها و میزان لیگنین مواد اولیه بر فاکتورهای اندازه‌صگیری شده تاثیر معنی‌صداری داشتند .در طول زمان ترموفیلی بیشترین تغییرات و در فاز رسیدگی کمترین تغییرات در کمپوست دیده شد .تیمارهای با لیگنین زیاد، تنفس، اسید فولویک، کربن آلی، شاخص‌صهای ‮‭E۴/E۶‬ و‮‭E۳/E۵‬ ، اسیدیته کل و گروه‌صهای عاملی ‮‭OH‬ فنلی، نیتروژن،‮‭C/N‬ ، نیترات،‮‭pH‬ ،‮‭EC‬ ، دما، فعالیت لیگنیناز، زایلاناز، پروتئاز و اوره‌صآز بیشتری نسبت به تیمارهای با لیگنین کم داشتند .تیمارهای با لیگنین کم نیز، اسید هیومیک، شاخص‌صهای هوموسی‌صشدن، گروه‌صهای عاملی کربوکسیلی، خاکستر، فعالیت سلولاز، بتاصگلوکوزیداز و فسفومونواستراز قلیایی بیشتری نسبت به تیمارهای با لیگنین زیاد داشتند .در بین باکتری‌صها گونه ‮‭۱VC‬ و تیمار کنسرسیوم بیشترین و تیمار شاهد بدون باکتری کمترین مقدار شاخص‌صهای اندازه-گیری شده را داشت .در تجزیه عنصری اسید هیومیک و اسید فولویک تیمارهای با لیگنین کم در مقایسه با تیمارهای با لیگنین زیاد نسبت به مواد اولیه) قبل از کمپوست‌صشدن (تغییرات بیشتری داشتند و شاخص‌صهای رسیدگی کمپوست را بیشتر نشان دادند .طیف‌صهای ‮‭FTIR‬ در اسید هیومیک و اسید فولویک اختلاف زیادی نداشتند .در طیف‌صهای ‮‭FTIR‬ در بین تیمارها نسبت به طیف‌صهای اولیه) مواد اولیه قبل از کمپوست‌صشدن (تفاوت ایجاد شده بود .در تیمارهای لیگنین پایین در هفته‌صهای ‮‭۱۲‬ تا ‮‭۱۶‬ شاخص‌صهای رسیدگی کمپوست به حد مناسب رسیدند ولی در بین تیمارهای لیگنین بالا این شاخص‌صها در بین هفته‌صهای ‮‭۱۶‬ تا ‮‭۲۰‬ مناسب بودند .باکتری‌صها توانستند مدت زمان ترموفیلی را نسبت به نمونه شاهد بدون باکتری افزایش دهند و شاخص‌صهای اندازه‌صگیری شده را بهبود بخشند .باکتری‌صهای منتخب در هر دو بستر توانستند زمان کمپوست‌صشدن را نسبت به نمونه شاهد بدون باکتری تسریع نمایند .در مورد شاخص‌صهای کمپوست‌صشدن نیز باکتری‌صهای مورد استفاده در حد قابل قبولی، موجب بهبود کیفیت کمپوست در مقایسه با نمونه شاهد شدند .نتایج اندازه‌صگیری آنزیمی نیز در طول کمپوست‌صشدن نشان داد که بین توان باکتری در تولید آنزیم در سنجش‌صهای درون شیشه‌صای و تولید همان آنزیم در فرآیند کمپوست‌صشدن ارتباط مستقیم وجود دارد .به‌صطور کلی می‌صتوان گفت که با توجه به شرایط موجود در این آزمایش، ترکیب سه گونه باکتری ‮‭(۱VC P. validus‬ ، ‮‭۱۲C P. koreensis‬ و ‮‭۱۰۴C B. nealsonii)‬ در تیمارهای لیگنین پایین و ترکیب سه گونه باکتری و گونه ‮‭۱VC P. validus‬ در تیمارهای لیگنین بالا توانست سبب طولانی شدن فاز ترموفیلی به‌صترتیب به مدت یک و دو روز، کوتاه شدن دوره تولید کمپوست به‌صترتیب حدود چهار و هشت هفته و افزایش شاخص‌صهای کیفیت کمپوست در هر دو گروه تیماری شود .ترکیب مواد اولیه در شاخص‌صهای اندازه‌صگیری شده نتایج متفاوتی داشت و می‌صتوان با توجه به هدف مورد نظر از هر دو میزان اولیه لیگنین استفاده نمود

Text of Note

During the composting process, the microbial populations are declined in thermophilic phase. The incoporration of thermophile ligninolytic microorganisms into raw materials may accelerate the degradation rate at this phase. In this research, 327 thermophile isolates were isolated and purified from different compost and soil samples. Among 327 thermophilic isolates, 118 and 137 isolates were lacking ligninase and cellulase activity, respectively. Twenty four isolates with the highest cellulase and ligninase activities were selected for quantitative quantitative assay of other enzymes. The isolates 1VC, 12C, 47YZ and 13C had the highest ligninase activity and the highest cellulase activity was observed in isolates 194TB, 104C and 12C. With increasing temperature from 25 C to 58 C, both enzymatic activities increased in all thermophilic isolates. The isolates 1VC, 12C, 13C, 47YZ, 151VC and 104C were thermophilic bacteria possessing both the highest ligninase and cellulase activities. They were identified as Paenibacillus validus, Paenibacillus koreensis, Paenibacillus thailandensis, Paenibacillus cellulositrophicus, Paenibacillus lautus, Bacillus nealsonii according to the sequencing of 16S-rDNA gene and some biochemical tests. Three isolates of 1VC (P. validus), 12C (P. koreensis) and 104C (B. nealsonii) which had the highest lignocellulolytic activity, were used to produce compost. Agricultural residues including apple leaves, tomato and potato shoots and sawdust were used for compost production. All raw materials were grounded to less than 2 cm in their size. Urea was applied to the raw materials to adjust their C/N at about 25. The raw material were deposited as hills with a length of 3 meters, width of 1.5 and the height of 1 meter with an approximate weight of 2250 kg. For bacterial inoculation, five liters of the bacterial suspension (109/ml) was mixed with a subsample of raw materials (1 , v/v) and incubated for three days at room temperature. Thereafter, it was throughly mixed with one hill. This research was conducted as a factorial nested design for six months. The first factor consisted of two types of raw materials (high lignin content, 25-30 and low lignin content, 15-20 ), and the second factor was bacterial inoculation (three species of 1VC, 12C and 104C, mixture of three species (consortium) and the control without inoculation). One hill per treatment and a total of 10 hills were considered. In each hill, three sections were sampled and considered as three replicates. Respiration rate, humification characteristics, functional groups, elemental analysis, spectroscopic analyzes (infrared and spectrophotometer), C/N ratio, ash percent, nitrate concentration, pH, EC, temperature, seed germination test and enzymatic activities (cellulase, ligninase, beta-glucosidase, xylanase, protease, urease and alkaline phosphomonoesterase) were measured during composting process. The results showed that the bacteria and the lignin content of the raw materials had a significant effect on the measured parameters. The highest modifications were observed during the thermophilic phase and the least was recorded during the maturation phase. Treatments with higher lignin had higher respiration, fulvic acid, organic carbon, E4/E6 and E3/E5 indices, total acidity, phenolic, OH, C/N, nitrate, pH, EC, temperature, and ligninase, xylanase, protease and urease activities than low lignin treatments. In contrast, the low lignin treatments had higher humic acid, humification indices, carboxylic group, ash percent, cellulase, beta-glucosidase and alkaline phosphomonoesterase activities than high lignin treatments. Among the bacteria, the 1VC and consortium treatments had the highest quality indices compared to the other bacteria and that of non-bacterial controls. Analysis of humic acid and fulvic acid fractions in the compost revealed that the indices of maturation were more pronounced in low than high lignin content treatments. The FTIR spectra were differed in all treatments in comparison with the initial spectra (raw materials before composting). In low lignin treatments, the maturing indices were achieved after 12-16 weeks, while in high lignin treatments, they were seen after 16-20 weeks. All three bacterial species increased the thermophilic phase and improved the quality indices compared to the non-bacterial controls. Thus, all three bacteria were able to accelerate the composting process and hence shotening the process, compared to the non-bacterial controls. The results of enzymatic assays showed a positive correlations between the bacterial ability to produce the enzymes under in vitro conditions and during the composting process. Inoculation of low lignin material with bacterial consortia (P. validus, P. koreensis and B. nealsonii) and inoculation of high lignin materials with bacterial consortia or P. validus alone could prolong the thermophilic phase for one and two days, and shorten the compost production period for about four and eight weeks, respectively

Parallel Title

‮‭Isolation of thermophile ligninolytic microorganisms for acceleration of compost production and its quality improvement‬

همتی ینگجه، آرش

Hemati, Arash

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی