徐明　王偉偉　李沛峰等

關(guān)鍵詞：防火林帶；枯枝落葉；高效降解菌；降解效果

中圖分類號：S762.3+3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-1498（2023）01-0132-06

近年來，隨著林業(yè)生態(tài)建設(shè)的不斷發(fā)展，森林資源和蓄積量的不斷增加，森林防火面臨的形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。江蘇蘇南丘陵山區(qū)名勝古跡眾多，人文活動頻繁，森林火災(zāi)潛在隱患巨大。亟待構(gòu)建彩色樹種防火林帶，可在有效阻減森林火災(zāi)的同時，形成彩色景觀的防火林帶，對于實(shí)現(xiàn)我省丘陵山區(qū)防火樹種“珍貴化、彩色化、效益化”，保護(hù)森林生態(tài)環(huán)境，筑牢生態(tài)防火屏障，促進(jìn)美化景觀、發(fā)展旅游和丘陵山區(qū)鄉(xiāng)村振興的意義重大。

防火林帶林下可燃物是影響林火發(fā)生與蔓延的重要因子。目前，美國、加拿大等國均研制出了加快可燃物的降解及循環(huán)技術(shù)。地球纖維素每年通過光合作用更新量為4.0×1010億噸，但其中只有極少部分為人們所利用。目前，降解纖維素的方法較多，有生物、化學(xué)等方法，但微生物降解是最為關(guān)注的。降解纖維素的微生物有真菌、細(xì)菌和放線菌等微生物；國內(nèi)外主要的研究集中在木霉屬、青霉屬、曲霉屬、根霉屬、漆斑霉屬等絲狀真菌上。目前主要是用真菌來發(fā)酵生產(chǎn)纖維素酶，國內(nèi)外已經(jīng)對這幾種菌進(jìn)行比較透徹的研究，尤其是對木霉屬菌的研究，普遍認(rèn)為它是纖維素酶的高產(chǎn)菌株。另外，綠色木霉（Trichoderma viride）和黑木霉（Aspergillus niger）被認(rèn)為是產(chǎn)纖維素酶最穩(wěn)定和無毒安全的菌種?？凳夏久梗═.koningii）、擬廉氏木霉（T.pseudokoningii）也是目前較好的纖維素酶生產(chǎn)菌。因此，從自然界中分離生長快，產(chǎn)酶活力高的纖維素降解菌尤為重要。為了充分利用這些可再生資源，本研究立足于防火林帶景觀樹種，引進(jìn)并篩選出一批木纖維素降解真菌，通過單因素和聯(lián)用試驗(yàn)和優(yōu)化，以期通過優(yōu)化菌株及其聯(lián)用組合加快防火林帶景觀樹種的枯枝落的降解速度，達(dá)到進(jìn)一步有效利用資源和減少森林火災(zāi)的目的。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于南京市南郊牛首山南的江蘇省林業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)林場（118°25′63″E，32°01′88″N）。該區(qū)屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，光熱條件兼有南北之長。年均氣溫15.4℃、年日照2116 h，全年無霜期229d，年降水量1000～1050 mm，秋冬降水量少，較為干燥，是林火高發(fā)期。南京市南郊常見鄉(xiāng)土木本植物品種有355余種。

1.2材料

1.2.1測試的防火樹種 木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）、紅楠（Machilus thunbergii Sieb.et Zucc.）、檫樹 （Sassafras tsumu Hemsl.）、北美楓香（Liquidambar styraciflua L.）、紅果冬青（llex purpurea Hassk）、油樟（Cinnamomum

longipaniculatum（Gamble）N.Chao ex H.W.Li）、紅花深山含笑（Michelia maudiae Dunn）、楊梅（Myrica rubra （Lour.）S.et Zucc.）、桂花（Osmanthus fragrans （Thunb.）Lour.）、油茶（Camellia oleifera Abel.）、茶樹（Camellia sinensis （L.） O.Ktze）、紅葉石楠（Photinia×fraseri Dress）共12種景觀樹種。

1.2.2樣品采集 采樣時間為2021年4月8日；采樣地點(diǎn)為南京南郊丘陵山區(qū)院實(shí)驗(yàn)林場；樣品采集地的立地條件要求基本一致。在林帶下層收集和修剪枯枝、落葉，裝入保鮮袋并帶回實(shí)驗(yàn)室；枯枝落葉為實(shí)驗(yàn)取樣選擇材料，落葉剪取落葉條，枯枝落葉剪成2～3 cm后烘干、粉碎處理后冷藏待用。

1.2.3選用菌種 綿皮臥孔菌（Postia placenta 5608） （Pp）、云芝（Polystictus versicolor 83971） （Pv）、黑曲霉（Aspergillus niger var.niger 86958） （An）、雷斯青霉 （Penicillium raistrickii 87589） （Pr）、繩狀青霉（Penicillium funiculosum 82491） （Pf）、哈茨木霉（Trichoderma harzianum 51675）（Th）、木霉（Trichoderma atroviride 88573）（Ta）、木霉（Trichoderma citrinoviride 81905）（Tc）、木霉（Trichoderma erinaceum 51932）（Te）、康寧木霉（Trichoderma koningii 84489）（Tk₁）、康寧木霉（Trichoderma koningii 87659）（Tk₂）等菌種由中國微生物菌種保藏管理委員會林業(yè)微生物中心（cfcc）提供。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1落葉降解試驗(yàn) 將11種菌株接種到液體PDA培養(yǎng)基中制備菌液，30℃、160r·min^-1搖床培養(yǎng)5d，在裝有1cm×5 cm的紅葉石楠等12種供試樹種的落葉條的赫奇遜氏無機(jī)鹽培養(yǎng)基（30mL）中接入1mL菌液，30℃、160r·min^-1搖床培養(yǎng)10 d；對照為無菌赫奇遜氏無機(jī)鹽培養(yǎng)基培養(yǎng)的落葉條。根據(jù)落葉的斷裂程度判斷降解效果（分五級指數(shù)）：0級為落葉邊緣膨脹；1級為落葉整齊膨脹并彎曲變形；2級為落葉膨脹加大并少量斷裂；3級為落葉1/2塊狀膨脹并斷裂；4級為整塊狀膨脹并斷裂。防火林帶景觀樹種落葉降解效果1%=（對照ID-處理ID），對照ID×100計(jì)算，ID為試驗(yàn)防火林帶景觀樹種落葉降解指數(shù)。

1.3.2枯枝落葉失重試驗(yàn) ①不同菌株對枯枝落葉失重篩選試驗(yàn)。接種11種菌株到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中制備菌液，30℃、160r·min^-1搖床培養(yǎng)5d；將12種供試枯枝落葉在105℃烘至質(zhì)量恒定，以烘干的1g供試枯枝落葉為唯一碳源配制液體發(fā)酵培養(yǎng)基，接入1mL菌液，30℃、160r·min^-1搖床培養(yǎng)10 d，將發(fā)酵液過濾并將殘留纖維素烘干稱量質(zhì)量，用減重法計(jì)算出失重率；②單種和聯(lián)用混用組合菌株對枯枝落葉失重效果試驗(yàn)。用從11種菌株中選出的3株強(qiáng)降解菌株，分別設(shè)1、2、3、1+2、2+3和1+3共6個單種和聯(lián)用混用組合菌株，對照為無菌赫奇遜氏無機(jī)鹽培養(yǎng)基培養(yǎng)的枯枝落葉，并將6個組合菌株接種到液體發(fā)酵培養(yǎng)基中制備菌液，30℃、160r·min^-1搖床培養(yǎng)5d；將選出的檫樹、紅葉石楠、木荷3抗火樹種的供試枯枝落葉在105℃烘至質(zhì)量恒定，以烘干的1g供試枯枝落葉為唯一碳源配制液體發(fā)酵培養(yǎng)基，接人1mL菌液，30℃、160r·min^-1搖床培養(yǎng)10 d，將發(fā)酵液過濾并將殘留纖維素烘干稱量質(zhì)量，用減重法計(jì)算出失重率。③菌株聯(lián)用混用與單用對枯枝落葉降解失重增效果1%=（混用失重率-單用失重率）／單用失重率）計(jì)算。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為重復(fù)3次的平均值，采用Duncan法作處理間差異多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1不同菌株對防火林帶景觀樹種落葉的降解效果

通過對12種防火林帶景觀樹種落葉的降解實(shí)驗(yàn)比較，研究11株菌株對落葉的降解能力。經(jīng)為期10 d的落葉降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：綿皮臥孔菌（Pp）對12種防火林帶景觀樹種落葉的降解能力最高，其降解率為44.62%±2.93%，康寧木霉（Tk₁）和云芝（Pv）對12種防火林帶景觀樹種落葉的降解能力次之，其降解率分別為43.88%±2.50%和43.44%±1.71%，試驗(yàn)說明3株菌株對12種防火林帶景觀樹種落葉均有很強(qiáng)的降解效果，且降解能力明顯高于其他8株菌株（表1）。

2.2不同菌株對防火林帶景觀樹種枯枝落葉的降解失重效果

經(jīng)為期10 d的枯枝落葉的降解失重實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，11株菌株對12種防火林帶景觀樹種枯枝落葉均有一些的降解失重效果；但康寧木霉（Tk₁）對12種防火林帶景觀樹種枯枝落葉的降解失重效果最高，其降解失重率為54.33%±2.79%；綿皮臥孔菌（Pp）和云芝（Pv）2株菌株次之，其對12種防火林帶景觀樹種枯枝落葉的降解失重率分別為53.22%±4.02%和53.91%±2.28%，說明3菌株對12種防火林帶景觀樹種枯枝落葉均有明顯的降解失重能力，其它8菌株的降解失重效果較差（表2）。

2.3強(qiáng)降解菌株及其聯(lián)用對防火林帶景觀樹種枯枝落葉降解失重效果

通過3強(qiáng)降解菌株單用及聯(lián)用對防火林帶3種景觀樹種的枯枝落葉降解失重實(shí)驗(yàn)，研究它們對枯枝落葉的失重效果。10d的降解失重實(shí)驗(yàn)表明，3種防火林帶景觀樹種的枯枝落葉降解失重效果明顯。①檫樹的枯枝落葉經(jīng)Pp、Pv和Tk₁的單一菌株液處理，降解失重率分別為57.8%、53.8%和58.1%，經(jīng)Pp+Pv、Pv+Tk₁和Pp+Tk₁聯(lián)用混合菌株處理，降解失重率分別為65.2%、63.9%和67.3%，試驗(yàn)說明菌株混合聯(lián)用能明顯提高對檫樹枯枝落葉降解失重效果。②紅葉石楠的枯枝落葉經(jīng)Pp、Pv和Tk₁的單一菌株液處理，降解失重率分別為54.9%、51.8%和54.7%，經(jīng)Pp+Pv、Pv+Tk₁和Pp+Tki聯(lián)用混合菌株處理，降解失重率分別為62.4%、60.7%和63.563.5%.試驗(yàn)也說明菌株混合聯(lián)用能明顯提高對紅葉石楠枯枝落葉降解失重效果。③木荷的枯枝落葉經(jīng)Pp、Pv和Tk₁的單一菌株液處理，降解失重率分別為53.1%、52.0%和52.7%，經(jīng)Pp+Pv、Pv+Tk₁和Pp+Tki聯(lián)用混合菌株處理，降解失重率分別為59.0%、56.3%和60.8%，試驗(yàn)也說明菌株混合聯(lián)用能明顯提高對木荷枯枝落葉降解失重效果。強(qiáng)降解菌株及其聯(lián)用對三防火林帶景觀樹種枯枝落葉降解失重效果試驗(yàn)也同樣說明，落葉樹種檫樹的降解失重率略高于常綠樹種紅葉石楠和木荷（圖1）。

3討論

林木腐朽真菌廣泛存在于各種枯死的樹干、倒木、枯枝落葉及人工木制品上，通過分泌產(chǎn)生各種生物酶，降解木材中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，在森林生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，是生態(tài)系統(tǒng)分解者中的重要成員。但同時它們也能引起林木病害，造成林業(yè)生產(chǎn)上的損失；而通過選擇和優(yōu)化菌株加快防火林帶景觀樹種枯枝落葉的降解，減少林地枯枝落葉載量，有利于預(yù)防森林火災(zāi)的發(fā)生。不同菌株降解實(shí)驗(yàn)表明綿皮臥孔菌（Pp）、康寧木霉（Tk₁）和云芝（Pv）對防火林帶景觀樹種落葉均有很強(qiáng)的降解效果，相對其它8菌株的降解效果略差一些，因此，研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降解真菌和對其進(jìn)一步優(yōu)化組合非常必要。

森林土壤、林下枯落物和腐爛木材中具有豐富的微生物多樣性，其中很多類型的微生物可能降解植物主要部分并將營養(yǎng)成分釋放到環(huán)境中，從而參與養(yǎng)分循環(huán)。當(dāng)Laccase和MnP分別單獨(dú)存在時，都不能有效的降解木質(zhì)素，而2種同時存在則木質(zhì)素得到了有效的降解，這表明2種酶在催化木質(zhì)素生物降解反應(yīng)中具有協(xié)同作用。本研究發(fā)現(xiàn)的3強(qiáng)降解菌株通過聯(lián)用也能明顯提高對檫樹、紅葉石楠和木荷枯枝落葉降解失重效果，說明協(xié)同作用的存在，且明顯高于Pp、Pv和Tk₁的單一菌株處理的降解效果；強(qiáng)降解菌株單用及聯(lián)用對落葉樹種檫樹的降解效果略高于常綠樹種紅葉石楠和木荷，這可能與常綠樹種革質(zhì)層厚和葉面蠟質(zhì)層厚有關(guān)。

平板對峙試驗(yàn)表明，自主篩選復(fù)配的復(fù)合生防菌劑（Trichoderma viride.XP1， Bacillusamyloliquefaciens.XP2）對Foc具有顯著的抑菌效果。通過盆栽試驗(yàn)探討復(fù)配復(fù)合生防菌劑防控香蕉枯萎病發(fā)生的效果，為其生物防治機(jī)制提供理論支撐。本研究發(fā)現(xiàn)的Pp+Pv、Pv+Tk₁和Pp+Tk₁3組混合聯(lián)用菌株能明顯提高對枯枝落葉的降解效果，也為研制復(fù)合生防菌劑打下了良好基礎(chǔ)。

4結(jié)論

通過11菌株對12種防火林帶景觀樹種枯枝落葉的降解實(shí)驗(yàn)，篩選出綿皮臥孔菌（Pp）、康寧木霉（Tk₁）和云芝（Pv）3株強(qiáng)降解菌株；3菌株單用及其聯(lián)用對檫樹、紅葉石楠和木荷枯枝落葉降解失重率分別為54.3%±2.3%和62.1%±3.3%。篩選出的3菌株單用（Pp、Pv和Tk₁）及其聯(lián)用組合，Pp+Pv、Pv+Tk₁和Pp +Tk₁3組混合聯(lián)用菌株對枯枝落葉的降解效果明顯提高，廣大應(yīng)用能為復(fù)合生防菌劑研發(fā)和大規(guī)模有效降解林間枯落物，減輕森林火災(zāi)，其前景廣闊。