玉米秸秆不同发酵时期理化性状和细菌群落多样性

为了加快玉米秸秆腐熟,推动秸秆废弃物循环利用,开展了以玉米秸秆为主要原料的好氧发酵堆肥试验。利用常规方法对不同发酵时期堆料的理化性状进行测定,采用宏基因组测序技术和生物信息学方法对堆体细菌菌群进行多样性分析和物种分类。理化性状测定结果表明,好氧发酵期间堆体温度能够快速升高并维持在55.0℃以上,堆体含水量、有机物含量和C/N逐渐下降,w(C)/w(N)在建堆和前3次翻堆时均较高,后2次翻堆时大幅下降,p H值、E4/E6先下降后上升;宏基因组结果表明,玉米秸秆好氧堆肥中细菌菌群存在多样性;由Simpson指数和Shannon指数可知,第5次翻堆(CS5)细菌群落多样性最高,前3次翻堆(CS1、CS2和CS3)多样性差异不明显,第4次翻堆(CS4)的群落多样性最低。对6个发酵时期的OTU进行物种分类,所检测到的细菌门类、目类和属类在不同发酵时期的种类和丰度不同,表现出明显的群落演替现象。物种分类结果表明,玉米秸秆好氧发酵期间的主要优势门类为厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门和放线菌门;共享的主要优势目类为芽孢杆菌目、梭菌目、黄色单胞菌目、嗜热厌氧杆菌目、根瘤菌目、假单胞菌目和厌氧绳菌目;共享的主要属为Povalibacter、梭状芽孢杆菌属、芽孢杆菌属、赖氨酸芽孢杆菌属、嗜热脲芽孢杆菌属、假单胞菌属和Chryseolinea。其中,变形菌门黄色单胞菌目的 Povalibacter、厚壁菌门芽孢杆菌目的梭状芽孢杆菌属和赖氨酸芽孢杆菌属以及拟杆菌门噬纤维素菌目的 Chryseolinea尚未见与玉米秸秆木质纤维素降解有关的报道,有望从这些菌属中分离出加快玉米秸秆好氧发酵堆肥进程的新菌种。

开菲尔不同发酵时期微生物群落结构的变化

为探究不同发酵时期开菲尔中的微生物菌群结构的变化情况。本实验采用高通量测序技术对实验室制备的不同发酵时间获得的开菲尔样品进行测序,并分析开菲尔在整个发酵过程中微生物群落结构的动态演变,结果显示,开菲尔在发酵过程中共鉴定出了12个门的细菌和4个门的真菌,明确了厚壁菌门(Firmicutes)为丰度占比最大菌门。研究表明在发酵过程中共有117个属的细菌参与发酵,其中乳杆菌属(Lactobacillus)在整个发酵过程中呈现先增后减再增加的变化趋势,链球菌属(Streptococcus)在整个发酵过程中呈现先增后减的变化趋势,芽胞杆菌属(Bacillus)在整个发酵过程中逐渐减少。还有一些未被分类的细菌新物种资源等有待深入挖掘。本实验中酵母菌未能发现,真菌中丰度占比较大的菌门为子囊菌门(Ascomycota),发现在发酵前期主要有链格孢属、孢霉属、枝孢霉属、曲霉属等,但是在发酵过程中真菌菌属丰度占比呈逐渐减少的趋势。

基于宏转录组研究蔬菜秸秆发酵体系细菌群落

分析蔬菜秸秆快速好氧发酵过程中活性细菌群落丰度、组成、多样性的演变规律,为进一步挖掘微生物资源,调节发酵工艺提供理论参考依据。依托罐式有机物料快速腐解设备,选取发酵过程中4个不同发酵时期(升温期、高温期、降温期和腐熟期)的有机物料为研究对象,提取微生物总RNA、反转录cDNA,以16S rRNA基因为分子标靶,借助qPCR技术和Illumina Miseq高通量测序平台,研究不同发酵时期细菌群落丰度、组成、多样性的变化及群落组成与物料理化因子偶联分析,揭示群落与理化因子之间的相关性。不同发酵时期物料的pH发生了显著的变化,升温期物料pH为6.26,而到了高温期乃至腐熟期pH均在8.0以上;发芽指数随着发酵进程推移达到94%以上。高温期的细菌数量显著高于其他3个时期。各个时期的活性细菌α多样性指数,除Simpson指数外,其余差异不显著。不同时期的优势菌门均是厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria),但相对丰度变化较大;不同时期菌群属组成和相对丰度之间存在显著差异,升温期存在其他时期检测不到的菌属。通过CCA分析可知pH是影响微生物群落结构的主要因子。