一株产电菌的产电性能及低温沼气发酵过程微生物群落特征

在利用牛粪和小麦秸秆为原料,采用实验室模拟低温生产沼气试验进行低温沼气发酵过程中,筛选到1株产电菌H11,鉴定为Shewanella属。该菌在自制人工双室微生物燃料电池中具有良好的产电性能,产电功率密度最高可达13.88mW·m^(-2)。基因组解析发现了286个与产电相关的基因,分布在与电子转移、细胞色素C相关蛋白和NADH脱氢酶等16个基因家族。为了探究低温沼气发酵过程中的微生物群落特征,在发酵不同阶段采集微生物样品,利用分子生物学方法和传统微生物培养法,随着发酵进程的推进,微生物群落在门水平上广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、泉古菌门(Miscellaneous Crenarchaeota Group)占绝对优势。而在属水平上的优势菌群为甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus),相对丰度分别达到30.1%、17.3%、9.68%,且Methanoculleus的优势一直持续至发酵的第120天。优势菌群相关性分析表明,随着低温沼气发酵进程的推进,优势菌群由细菌向古菌演变且二者之间具有紧密的互营关系。

自然发酵酸面团发酵过程中微生物菌群多样性分析及细菌功能预测

该研究通过高通量测序技术研究不同发酵时期自然发酵酸面团的微生物菌群多样性,并利用PICRUSt对细菌群落进行基因功能预测分析。结果表明,对于细菌,共检测到5个细菌门,不同发酵时期绝对优势菌门不同,发酵前期(D1)为蓝藻细菌门(Cyanobacteria),中期(D2~D3)为厚壁菌门(Firmicutes),后期(D4)为变形菌门(Proteobacteria);共检测到34个细菌属,发酵前期绝对优势菌属为未分类的蓝藻门(norank_c__Cyanobacteria),中期为乳球菌属(Lactococcus),后期为未分类的γ-变形菌纲(unclassified_c_Gammaproteobacteria)。对于真菌,共检测到13个真菌门,发酵过程中子囊菌门(Ascomycota)为绝对优势菌门;共检测到12个真菌属,未分类的酵母目(Saccharomycetales_unclassified)为绝对优势菌属,后期汉逊酵母属(Hanseniaspora)也被大量检出。通过PICRUSt进行分析预测,细菌群落在整个发酵过程中的基因功能主要有能量产生和转化、转录、无机离子转运和代谢等,该研究结果可为筛选酸面团内优良发酵功能菌种提供数据参考。

老面传代发酵过程中细菌菌群结构及其功能预测

该研究以老面为研究对象,采用高通量测序技术解析了老面传代1代(SD1)、2代(SD2)和4代(SD3)发酵过程中的细菌菌群多样性,对高通量测序结果进行α多样性及β多样性分析,并对其细菌菌群进行京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析。结果表明,老面样品共获得538981条优化序列,得到495个操作分类单元(OTU);从SD1到SD3代的优势菌门依次为厚壁菌门(Firmicutes)、蓝藻菌门(Cyanobacteria)和变形菌门(Proteobacteria);优势菌属均为乳杆菌属(Lactobacillus);优势菌种均为旧金山乳杆菌(Lactobacillus sanfranciscensis)、干酪乳杆菌(L.sakei)、短乳杆菌(L.brevis)和加氏乳杆菌(L.gasseri);优势菌门、属和种的平均相对含量变化不显著(P>0.05)。β多样性分析表明,老面传代发酵过程中细菌群落结构较为相似,丰度变化不显著(P>0.05)。从SD1到SD3老面样品中细菌菌群主要功能为碳水化合物代谢,其次为维生素及辅酶因子代谢、分子排序、结构折叠与降解、氨基酸代谢,磷酸戊糖途径是最主要的三级代谢功能。

低温沼气功能菌群的产甲烷菌分析

运用16s rDNA PCR和实时荧光qPCR技术,对选育的低温沼气功能菌群中的产甲烷菌种群结构和数量进行了研究,并与常温沼气功能菌群进行了比较分析。在总共33个产甲烷菌分类单元中低温沼气功能菌群占有20个,低温沼气功能菌群的产甲烷菌多样性远高于常温沼气功能菌群。低温沼气功能菌群以对温度要求较低的中低温产甲烷菌为主,而常温沼气功能菌群则以中高温产甲烷菌占优。虽然两类菌群的产甲烷菌在多样性和种群结构方面存在着较大差异,但在产甲烷菌数量方面并没有明显的不同,这表明选育的低温沼气功能菌群和常温沼气功能菌群一样,已经形成了稳定的产甲烷菌种群。

发酵床垫料对生长肥育猪肠道菌群、血清生化指标以及免疫功能的影响

本试验旨在研究发酵床垫料对生长肥育猪肠道菌群、血清生化指标及免疫功能的影响。选用体重为(30.5±0.8)kg的杜×长×大杂交生长肥育猪90头(公、母各半),随机分为5组,每组3个重复,每个重复6头猪。5个处理组垫料分别为50%稻壳+50%锯末(对照组)、100%杏鲍菇菌糠(100%菌糠组)、15%稻壳+15%锯末+70%杏鲍菇菌糠(70%菌糠组)、25%稻壳+25%锯末+50%杏鲍菇菌糠(50%菌糠组)、35%+35%稻壳锯末+30%杏鲍菇菌糠(30%菌糠组)。预试期7 d,正试期90 d。结果表明:与对照组相比,100%、70%、50%菌糠组大肠杆菌数分别降低了35.4%、24.0%、20.8%(P<0.05),沙门氏菌数分别降低了29.4%、19.3%、15.2%(P<0.05),乳酸杆菌数分别增加了21.7%、15.9%、12.2%(P<0.05),双歧杆菌数量分别增加了20.2%、16.7%、11.8%(P<0.05);100%、70%、50%、30%菌糠组血清总蛋白含量分别比对照组增加了30.6%、33.0%、28.0%、18.4%(P<0.05);血清尿素氮含量分别比对照组降低了32.4%、34.5%、33.9%、22.0%(P<0.05);各试验组血清白蛋白、谷草转氨酶、谷丙转氨酶含量与对照组差异不显著;各试验组血清中IgA、IgG、IgM、IL-6含量均与对照组差异显著;100%、70%、50%菌糠组IgA、IgG、IgM、IL-6含量差异不显著。综上可知,杏鲍菇菌糠作为发酵床垫料可改善生长肥育猪肠道微生态区系的平衡、提高猪只免疫性能,15%稻壳+15%锯末+70%杏鲍菇菌糠为生长肥育猪最优的垫料配比。

基于体外发酵模型研究膳食多糖对肠道菌群色氨酸代谢的影响

膳食多糖具有改变肠道菌群结构及代谢功能的作用,改善过敏症状的潜力,然而不同多糖的作用效果存在差异。该研究利用粪便体外发酵模型探究膳食多糖对人体肠道菌群的调节作用及色氨酸代谢的影响,筛选适合过敏人群食用的膳食多糖。结果表明,膳食多糖干预前后粪便微生物的α和β多样性存在差异,多糖干预后物种丰富度和均匀度提高;经过物种分析发现,灵芝、黄芪、蛹虫草、白桦茸、褐藻、金针菇、猴头菇和茯苓多糖组的Lactobacillu s和Bifidobacterium相对丰度增加;利用基于LC-MS技术的靶向代谢组检测色氨酸代谢物,发现灵芝、蛹虫草、褐藻、金针菇和茯苓多糖可提升吲哚乳酸(indole-3-lactic acid,ILA)和吲哚-3-甲醛(indole-3-carbaldehyde,I3C)含量,尤其是褐藻多糖和茯苓多糖对ILA及I3C增加显著,改变肠道菌群进而改善色氨酸代谢过程。综上,褐藻多糖和茯苓多糖能够改善肠道微生物结构,提高色氨酸代谢产物,具有开发适合过敏人群食用的特殊食品功能因子的潜力。

低温沼气干发酵高效产甲烷复合菌系的选育

将7个不同低温厌氧环境样品接种到TS 30%的发酵底物中,在19℃±0.5℃低温条件下驯化,筛选出三组适宜干发酵的低温产甲烷复合菌系。甲烷含量为65.35%,63.75%,65.80%,总产气量为15840 mL,14910 mL,16650 mL,甲烷含量达到50%以上时的累积产气量分别占总产气量的76.45%,73.84%,84.93%,池容产气率为0.87 L.L-1d-1,0.9 L.L-1d-1,0.93 L.L-1d-1。三组复合菌系使低温沼气干发酵的启动期提前、池容产气率和甲烷纯度提高。

沼气发酵微生物菌群的研究现状

详细分析沼气发酵的基本机理及其主要微生物菌群,论述沼气发酵过程中微生物菌群对产沼气的影响,并指出水解性细菌、纤维素分解菌、白腐菌等对提高沼气产率具有不可忽视的作用,对开发研制新型高效沼气促进剂具有指导意义。

农村有机生活垃圾沼气发酵工艺优化及菌群分析

为了解沼气发酵对农村有机生活垃圾中细菌菌群的影响,从两个正在稳定运行的20 L反应器中选取两个水力停留时间(15 d,20 d)进行实验。实验结果表明,农村有机生活垃圾在两个水力停留时间内,沼气产量随水力停留时间的缩短而提高;沼气中甲烷成分均大于50%,粒径大的反应器中沼气甲烷成分要高于粒径小的反应器;在所选4批次的原料中,存在的病原菌为Enterobacter和Enterococcus,未发现Salmonella,Shigella Castellani及Staphylococcus Aureus,随着沼气发酵的进行,原料中腐败性细菌减少,发酵性细菌增加。

发酵中药制剂对肉鸡生产性能、免疫功能、肠道形态及盲肠菌群影响的研究

选取1日龄AA肉鸡288只,随机分为对照组(基础日粮)、抗生素组(基础日粮中+50 g/t金霉素)和发酵中药制剂组(基础日粮+3 kg/t发酵中药制剂),试验周期为42 d,研究发酵中药制剂对肉鸡生产性能、血清抗氧化指标、免疫功能、肠道形态和盲肠菌群的影响。结果表明,发酵中药制剂组出栏均重高于对照组和试验组,平均日增重比对照组和抗生素组分别提高8.19%(P<0.05)和4.61%(P<0.05),料肉比与对照组显著降低,比抗生素组降低0.02(P>0.05);发酵中药制剂改善了血清抗氧化指标;与抗生素组相比,发酵中药制剂组胸腺指数增加了61.96%(P<0.05),血清IL-1β、内毒素的含量分别降低28.73%(P<0.05)、23.36%(P<0.05),IL-6、IL-10含量分别提高117.63%(P<0.05)、36.85%(P>0.05)。发酵中药制剂组回肠、盲肠黏膜sIgA含量较对照组分别增加44.2%(P<0.05)和66.9%(P<0.05),较抗生素组分增加43.4%(P<0.05)和65.5%(P<0.05)。相比对照组和抗生素组,发酵中药制剂组回肠、盲肠VH/VD值显著提高。发酵中药制剂组乳酸杆菌含量最高,比对照组和抗生素组提高40.66%、24.27%(P<0.05),普氏粪杆菌的数量提高了12.44%和3.42%(P<0.05),沙门氏菌含量比对照组和抗生素组降低了17.76%、20.96%(P<0.05)。发酵中药制剂具有良好的益生功能,可以提高机体的抗病力,调节肠道形态结构及有益菌群,促进生产性能。

发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能、养分表观消化率、免疫功能及粪便菌群的影响

本试验旨在研究发酵小麦麸对断奶仔猪生长性能、养分表观消化率、免疫功能及粪便菌群的影响。将12头35日龄的断奶仔猪随机分为2组(对照组和发酵组),每组6头。对照组饲喂基础饲粮(含有10%未发酵小麦麸),发酵组饲喂以发酵小麦麸替代基础饲粮中未发酵小麦麸的试验饲粮。预试期3 d,正试期28 d。结果表明:1)与对照组相比,发酵组平均日采食量、平均日增重和料重比无显著差异(P>0.05)。2)与对照组相比,发酵组干物质、粗脂肪、粗纤维、能量和磷的表观消化率无显著差异(P>0.05),粗蛋白质和钙的表观消化率有提高的趋势(P=0.099)。3)发酵组血浆中白细胞介素-6(IL-6)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量较对照组显著降低(P<0.05),而免疫球蛋白G(IgG)含量较对照组显著提高(P<0.05)。4)发酵组粪便中毛螺菌属(Lachnospira)、克雷白氏杆菌属(Klebsiella)、Pelomonas、Sphingopyxis、镰刀菌属(Fusicatenibacter)的相对丰度较对照组显著提高(P<0.05),镰孢菌属(Catenisphaera)和醋酸杆菌属(Acetitomaculum)的相对丰度较对照组显著降低(P<0.05)。综上所述,饲粮中添加10%发酵小麦麸可显著提高断奶仔猪免疫功能,调节肠道菌群,而对生长性能及养分表观消化率没有负面影响。

钠离子浓度对丁酸甲烷发酵功能菌群的抑制作用

试验分别以丁酸、乙酸和H_2/CO_2为惟一碳源,通过对厌氧颗粒污泥的间歇培养,考察了Na^+浓度对嗜丁酸产氢产乙酸菌(SBOB)、乙酸营养型产甲烷菌(ACM)和氢营养型产甲烷菌(HTM)代谢活性的影响。结果表明,Na^+>2.00 g·L^(-1)对SBOB,ACM和HTM的代谢活性均有不同程度的抑制作用,其半抑制浓度IC_(50)分别为10.06,3.56和9.47 g·L^(-1);Na^+的提高,对SBOB和ACM的抑制效应是渐进的,而对HTM的抑制则是突进的。欲保证厌氧活性污泥丁酸甲烷发酵的效率,须将系统内的Na^+控制在3.56 g·L^(-1)以下的水平。

耐冷氨氧化功能菌群强化人工湿地低温脱氮

针对冬季低温条件下人工湿地脱氮效率低的问题,将富集得到的耐冷氨氧化功能菌群固定化后投加到人工湿地中,探究生物强化对低温下人工湿地脱氮的强化效果及其微生物作用机制.结果表明,5℃条件下,梯度降温(R1)和梯度降温耦合选择性抑制(R2)条件下富集培养的耐冷氨氧化功能菌群强化处理的人工湿地的氨氮平均去除率分别为84%和88%,比对照组湿地分别提高24%和28%.高通量测序分析表明,富集得到的耐冷氨氧化功能菌群中优势菌种(相对丰度高达19.2%)为具有氨氧化功能的硝化螺旋菌(Nitrospira sp.),属于全程氨氧化菌,在氨氧化过程中起主要作用.微生物相对表达水平分析表明,两组生物强化人工湿地中氨氧化功能基因amoA的表达丰度分别为2.82×108,8.22×108拷贝数/克基质,显著高于对照组湿地的2.50×107拷贝数/克基质.投加耐冷氨氧化功能菌群可以有效提高人工湿地脱氮效率.

低温沼气发酵促进剂的研究

通过低温野生菌群和低温厌氧颗粒污泥菌群筛选,及其后续的互补复合优化,选育出了低温沼气发酵功能菌群。沼气发酵实验结果表明,该菌群采用后最高日产气量均明显高于单独采用野生菌群和厌氧颗粒污泥菌群,具有显著改善低温沼气发酵性能。以此为基础研制的低温沼气发酵促进剂,在13℃下可使产气率平均提高46.6%,10℃下产气率平均提高41.1%。沼气池试验中,低温沼气发酵促进剂可显著提高沼气的甲烷含量,可使甲烷含量平均提高24%。

农村有机生活垃圾沼气发酵工艺优化及菌群分析

为了了解沼气发酵对农村有机生活垃圾中细菌菌群的影响,文章从2个正在稳定运行的20 L反应器中选取两个水力停留时间(15 d,20 d)进行实验。实验结果表明,农村有机生活垃圾在2个水力停留时间内,沼气产量随水力停留时间的缩短而提高;沼气中甲烷成分均大于50%,粒径大的反应器中沼气甲烷成分要高于粒径小的反应器;在所选4批次的原料中,存在的病原菌为Enterobacter和Enterococcus,未发现Salmonella,Shigella Castellani及Staphylococcus Aureus,随着沼气发酵的进行,原料中腐败性细菌减少,发酵性细菌增加。

户用沼气池中低温兼性降解纤维素菌群特性的初步研究

文章通过对从内蒙古呼伦贝尔市隆冬季节户用沼气池中采集并经富集培养、液体发酵获得的低温降解纤维素复合菌群进行生长情况、生理特性、纤维素降解酶活性等方面的初步研究,了解了低温条件下生存的降解纤维素菌群的基本特性,为解决我国北方户用沼气池冬季不产或微产气而无法正常使用的问题提供参考。

沼气发酵微生物低温驯化研究

[目的]研究6℃低温处理对沼气低温发酵微生物菌群产气特性及菌群数量变化的影响。[方法]利用生化培养箱控制温度条件,采用批量发酵、排水集气和MPN计数法,了解6℃条件沼气发酵器中的主要微生物菌群的数量。[结果]结果表明:通过6℃低温驯化,沼气发酵微生物菌群能维持日平均产气量为23.6 ml/2 500 ml发酵液;发酵细菌数量为3×108个/ml,纤维素分解菌为9×104个/ml;硫酸盐还原菌数量为1.9×105个/ml,其种群数量与常温条件相近;产甲烷菌数量为4×105个/ml,比常温条件低2个数量级。[结论]发酵体系中,低温主要影响产甲烷菌群。

发酵棉籽粕替代豆粕对中华绒螯蟹幼蟹生长性能、免疫功能、抗氧化能力和肠道健康的影响

本试验旨在研究发酵棉籽粕替代饲料中不同比例豆粕对中华绒螯蟹幼蟹生长性能、血淋巴生化指标、肝胰腺抗氧化指标、肠道组织结构与菌群的影响。以发酵棉籽粕替代基础饲料中0、20%、40%、60%、80%的豆粕,配制5种等氮等脂的试验饲料,分别命名为FCM0(作为对照)、FCM20、FCM40、FCM60和FCM80,饲喂初始体重为(0.38±0.01)g的中华绒螯蟹幼蟹8周。结果显示:发酵棉籽粕替代不同比例豆粕对幼蟹的成活率、增重率以及特定生长率均无显著影响(P>0.05)。FCM40组肝胰腺指数最高,显著高于FCM0和FCM80组(P<0.05)。发酵棉籽粕替代不同比例豆粕对全蟹水分、粗脂肪和粗蛋白质含量均无显著影响(P>0.05)。FCM60组血淋巴中酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性显著高于其他各组(P<0.05),血淋巴谷丙转氨酶活性显著低于其他各组(P<0.05)。与对照组相比,各替代组(FCM20、FCM40、FCM60和FCM80组)幼蟹肝胰腺还原型谷胱甘肽含量显著升高(P<0.05),FCM60和FCM80组总抗氧化能力(T-AOC)显著升高(P<0.05),FCM80组幼蟹肠道组织结构出现明显损伤。发酵棉籽粕替代40%的豆粕不会对幼蟹肠道菌群α多样性产生显著影响(P>0.05),不会改变肠道主要菌群结构。综上所述,在本试验条件下,发酵棉籽粕替代20%~80%的豆粕对中华绒螯蟹幼蟹的生长性能无显著影响,但以替代比例为20%时生长性能较好;以肝胰腺和肠道健康为评价指标,发酵棉籽粕替代豆粕比例不宜超过40%。

不同尿素添加水平对育肥湖羊瘤胃发酵及微生物菌群结构的影响

[目的]本试验旨在研究低蛋白日粮添加不同水平尿素对育肥湖羊瘤胃发酵及微生物菌群结构的影响。[方法]70只育肥公湖羊(23.6~26.0 kg)随机分为5组,分别饲喂以下日粮:正常豆粕(SBM,170 g·kg^(-1)),低豆粕(40 g·kg^(-1))基础上添加0、10、20和30 g·kg^(-1)尿素(U0、U10、U20、U30)。试验预饲期1周,正试期8周。采集瘤胃液测定发酵参数和功能菌群数量,同时扩增细菌16S rRNA基因V3—V4区进行Illumina-MiSeq测序。[结果]与U10组相比,U20和U30组瘤胃液pH值显著升高(P<0.05)。氨态氮(NH_(3)-N)浓度随尿素添加量的增加显著升高(P<0.05)。与U0和U30组相比,SBM、U10和U20组总菌、甲烷菌和原虫数量显著升高(P<0.05)。Illumina-MiSeq测序结果显示U30组Shannon指数显著高于U0和U10组(P<0.05),但Chao1指数没有差异(P>0.05)。U10组Bacteroidetes的丰度显著高于SBM、U20和U30组(P<0.05),但Firmicutes却显著降低(P<0.05)。各组的主要优势菌属为Prevotella 1、Muribaculaceae norank、Rikenellaceae RC9 gut group和Christensenellaceae R-7 group。U10组Prevotella 1的丰度显著高于U20和U30组(P<0.05),而Rikenellaceae RC9 gut group、Christensenellaceae R-7 group和Ruminococcaceae NK4A214 group显著低于U30组(P<0.05)。RDA结果显示pH值、NH_(3)-N和总挥发性脂肪酸(TVFA)对瘤胃不同菌属的影响程度存在差异,其中pH值的影响最显著(P<0.05)。[结论]在低蛋白日粮中添加适量尿素(10 g·kg^(-1))可增加育肥湖羊瘤胃功能菌群数量,促进相关代谢产物的产生与利用,但日粮氮不足或尿素添加水平过高则会降低瘤胃功能菌群数量和改变细菌群落组成。