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摘要:文章以奶牛粪便和玉米秸秆作好氧堆肥,堆肥持续36d.采用16S rRNA基因高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落特征,通过Alpha多样性分析、样本层级聚类分析和距离热图(Heatmap)分析,结果表明,堆肥过程中细菌群落结构发生显著变化.门分类水平细菌群落结构分析表明,变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)在堆肥前期和高温期相对丰度较高,酸酐菌门(Acidobacteria)在堆肥后期相对丰度较高;属分类水平细菌群落结构分析表明,在堆肥初始阶段各属相对丰度相近,环脂酸芽孢杆菌属(Tumebacillus)在堆肥升温期占优势,肠杆菌属(Enterobacter)、未命名细菌(norank_c_OPB54)和玫瑰弯菌属(Roseiflexus)为堆肥高温期优势类群,类似芽球菌属(Blastocatella)出现在堆肥高温期末期,在降温期和腐熟期成为优势菌属.Spearman相关性分析表明,除肠杆菌属(Enterobacter)、未命名细菌(norank_c_OPB54)、假黄色单胞菌属(Pseudoxanthomonas)外剩余11个属均与含水率、有机物降解率、C/N和NH4+-N/NO3--N之间呈显著相关,肠杆菌属与pH呈极显著正相关(P<0.001),未命名细菌(norank_c_OPB54)与温度呈极显著正相关(P<0.001).研究表明,在牛粪堆肥期间细菌群落结构发生显著变化,细菌群落结构变化与堆肥理化因子存在相关关系....
摘要:为克服传统静态堆肥的缺点,本研究设计了一种新型堆肥装置并进行了牛粪和秸秆静态堆肥试验.利用高通量测序技术研究堆肥中真菌群落组成的动态变化,并探讨真菌群落组成与理化指标以及种子发芽指数(GI)之间的相关关系.通过对堆肥过程中温度、pH、碳氮比(C/N)和种子发芽指数等指标进行分析判断,堆肥进行第17 d后达到腐熟.高通量测序结果显示,真菌群落结构在堆肥的不同时期发生了显著变化,堆肥初始期和升温期节担菌属(Wallemia)和毛孢子属(Trichosporon)占优势,高温期时嗜热链球菌属(Mycothermus)成为优势类群,鬼伞属(Coprinus)和未分类的子囊菌门(Unclassified Ascomycota)在腐熟期时相对丰度较大.Spearman相关性分析表明,节担菌属(Wallemia)、散孢霉属(Scedosporium)和毛孢子属(Trichosporon)与含水率、全碳、碳氮比和铵态氮之间呈显著正相关,与全氮、硝态氮和种子发芽指数呈显著负相关;相反,鬼伞属(Coprinus)和毁丝霉属(Myceliophthora)与全氮、硝态氮和种子发芽指数呈显著正相关,与含水率、全碳、碳氮比和铵态氮呈显著负相关;嗜热链球菌属(Mycothermus)和拟鬼伞属(Coprinopsis)与温度呈极显著正相关.本研究对堆肥微生物群落的深化理解及完善堆肥工艺具有一定的理论和实践意义....
摘要:采用PCR-DGGE(聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳)和Real-time PCR技术,分析牛粪堆肥期间氨氧化细菌群落结构和数量的变化及其与理化因子的相关性。结果表明,在牛粪堆肥过程中氨氧化细菌数量变化范围为1.62×106~3.80×107 copies·g-1,在第14 d氨氧化细菌数量达到最高值;DGGE图谱显示,堆肥各个时期氨氧化细菌群落组成存在明显的差异;Shannon指数随着温度的变化而变化,在第7 d达到最大值2.6718;系统发育分析表明,氨氧化细菌均隶属于β-变形菌纲不可培养的亚硝化螺菌属Uncultured Nitrosospira sp.和不可培养的亚硝化单胞菌属Uncultured Nitrosomonas sp.,其中与Uncultured Nitrosospira sp.相似性高的氨氧化细菌为优势菌,占60%左右;冗余分析(Redundancy analysis,RDA)显示,温度和铵态氮等对氨氧化细菌群落结构的影响较大。研究表明在牛粪堆肥期间氨氧化细菌群落结构发生了明显的变化,同时证实了氨氧化细菌群落结构的变化受堆肥理化因子的影响。...
摘要:以 nosZ 基因为标记,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)对牛粪堆肥过程中反硝化细菌群落结构进行研究,通过冗余分析(Redundancy analysis, RDA)法,分析反硝化细菌群落结构变化与堆肥过程中理化参数(堆体温度、pH、含水率、氨态氮和硝态氮)之间的关系。结果表明,反硝化细菌群落的 Shannon-Weaver 指数在堆肥0~4 d 升高,在7~29 d 减小。对优势条带进行测序发现 Alcaligenes 存在于整个堆肥过程中,判定其为此过程中优势菌属。反硝化细菌群落结构在堆肥前期(0~4 d)变化较小,而在降温腐熟期(23~29 d)变化剧烈。皮尔逊相关系数分析表明,反硝化细菌群落多样性与含水率呈极显著正相关关系(r=0.960,P﹤0.01),与温度呈显著正相关关系(r=0.766,P﹤0.05)。...
摘要:研究利用PCR-DGGE方法对堆肥中厌氧氨氧化菌16S rRNA基因特异扩增,检测堆肥厌氧氨氧化菌种属及多样性水平.结果表明,牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌群组成与海洋环境不同.海洋环境中Candidatus Scalindua属厌氧氨氧化菌为优势菌群,而牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌中优势菌属为Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia和Candidatus Scalindua,多样性相对较高.可为堆肥发酵过程中厌氧氨氧化过程提供分子生物学依据....
摘要:[背景]堆肥过程中,不同反硝化微生物相互作用产生大量气态氮,不仅导致氮素流失使得堆肥肥效降低,而且造成环境污染.但是目前关于堆肥中反硝化细菌群落结构变化,尤其是群落结构与堆肥理化因子间相关性方面的报道较为欠缺.[目的]对堆肥中反硝化细菌进行研究,旨在揭示反硝化细菌群落动态变化,为深入理解堆肥氮循环机理提供科学数据.[方法]设计一种静态好氧高温堆肥技术处理牛粪和水稻秸秆,利用高通量测序技术研究堆肥中nirK型反硝化细菌群落组成的动态变化,并分析优势反硝化细菌菌属与理化指标之间的相关性.[结果]堆肥全程共17 d,各项堆肥理化指标以及生物学指标表明堆肥已经基本腐熟.高通量测序结果表明,在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著.门水平上,堆肥中反硝化细菌属于变形菌门(Proteobacteria)和一未分类门;目水平上,优势类群主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目Rhodobacter ales)和伯克氏菌目(Burkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,而伯克氏菌目Burkholderiales)的相对丰度最高.Spearman相关性分析表明未分类门的反硝化细菌和未分类科根瘤菌目的反硝化细菌与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著负相关(P<0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著正相关(P<0.05);其他优势菌属与全碳、碳氮比、含水率以及pH呈显著正相关(P<0.05),与凯氏氮和硝态氮呈显著负相关(P<0.05);未分类科伯克氏菌目的反硝化细菌、未分类纲变形菌门的反硝化细菌、产碱杆菌科的Pusillimonas属和副球菌属(Paracoccus)与铵态氮显著相关(P<0.05).[结论]静态好氧高温堆肥技术可以缩短堆肥周期.在堆肥的不同阶段nirK型反硝化细菌群落结构差异显著,并且该菌群落结构的变化受到堆肥理化因子的显著影响.本研究有助于揭示堆肥中氮素转化规律,并为改进堆肥工艺提供理论依据....
[硕士论文] 成利军
生态学;微生物生态学 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:堆肥化技术是资源化、减量化和无害化处理牛粪和秸秆的主流技术。为了克服传统堆肥生产周期长和产品质量不稳定等缺点,本文采用了一种新型的静态好氧高温堆肥技术。反硝化细菌是反硝化过程的驱动力,可导致氮素流失并造成污染环境,在堆肥过程中扮演重要角色。因此,对反硝化细菌群落开展研究有助于加深对堆肥氮循环理论的理解,并且有助于改进堆肥技术。
  本文测定堆肥过程中理化指标和生物学指标(温度、pH、含水率、总有机碳、凯氏氮、碳氮比、铵态氮含量、硝态氮含量、铵态氮与硝态氮比值以及种子发芽指数),通过高通量测序技术分析牛粪秸秆堆肥过程中反硝化细菌的群落结构和多样性变化,应用Spearman相关性热图分析堆肥中优势反硝化细菌菌属与环境因子之间的相关性。主要研究结果如下:
  (1)本研究堆肥化共持续17天,第4天进入高温期,并维持高温14天。通过综合评价pH、含水率、总有机碳(TOC)、凯氏氮(TKN)、C/N、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、NH4+-N/NO3--N比值和种子发芽指数(GI)指标,结果表明采用该新型堆肥技术处理的堆肥产品达到腐熟。
  (2)利用高通量测序技术分析了牛粪和秸秆混合堆肥过程中nirK细菌群落动态变化,结果分析表明在堆肥前期反硝化细菌群落丰富度最大,通过Alpha多样性分析表明不同时期堆肥样品反硝化细菌多样性指数存在差异,堆肥前期反硝化细菌群落多样性最高,堆肥后期较低。通过Beta多样性分析结果表明堆肥不同时期样本间反硝化细菌群落结构差异显著。
  (3)在门分类水平上对牛粪和秸秆混合堆肥中nirK型反硝化细菌群落结构组成分析,结果表明在堆肥中反硝化细菌主要为变形菌门(Proteobacteria)。Unclassified的反硝化细菌占比也比较多,表明在堆肥中存在大量未探明的反硝化细菌。在堆肥前期nirK型反硝化细菌主要是β-变形菌纲(Alphaproteobacteria),随着堆肥进程,β-变形菌纲(Betaproteobacteria)相对丰度逐渐减少,α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)逐渐占主导位置。从目分类水平分析,优势菌属主要属于根瘤菌目(Rhizobiales)、红杆菌目(Rhodobacterales)和伯克氏菌目(B urkholderiales),其中根瘤菌目(Rhizobiales)的种类最多,但是伯克氏菌目(Burkholderiales)的相对丰度最高。在堆肥过程中,Rhizobiales相对丰度整体呈逐渐上升的趋势,在腐熟期达到最高。在初始期和升温期Burkholderiales相对丰度较大,并且是这两个时期的优势种群,随着温度的升高,其相对丰度逐渐降低,进入腐熟期后又略微上升。Rhodobacterales主要存在于堆肥初始期,随着堆体温度上升相对丰度逐渐减少,在高温期达到0.19%,在堆肥后期降低为0.01%。从属分类水平分析,堆肥中大多数优势菌属都为未探明的反硝化细菌。
  (4)Spearman相关性分析表明,除了unclassified_Alcaligenaceae和Ochrobactrum剩余10个nirK型反硝化细菌优势菌属变化与环境指标相关。Unclassified_k_norank_d_Bacteria和unclassified_o_Rhizobiales与TOC、C/N、含水率、pH呈负相关,与TKN、NO3--N、GI呈正相关,其他8个优势菌属与TOC、C/N、含水率、pH呈正相关,与TKN、NO3--N、GI呈负相关。Unclassified_o_Rhizobiales与NH4+-N之间呈极显著负相关(p<0.001),unclassified_p_Proteobacteria与NH4+-N之间呈极显著正相关(p<0.001),Pusillimonas与NH4+-N之间呈极显著正相关(p<0.001),Paracoccus与NH4+-N之间呈显著正相关(p<0.05)。所有优势菌属与温度不相关。
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