寒区菌糠堆肥过程中微生物多样性与演替规律

菌糠与其他农业废弃物理化性质和含有的微生物类型有较大的差异,菌糠堆肥过程中微生物多样性及演替规律也应具有独特的规律。研究采用16S rRNA基因扩增子高通量测序技术对菌糠堆肥的微生物多样性进行分析,同时检测堆肥样品的pH、有机质、全氮、全磷、全钾和种子发芽指数。结果表明,在环境温度-1.7~22.5℃下,在堆肥第2 d进入高温期并持续27 d。经过49 d的好氧堆肥处理后,菌糠腐熟物的pH为8.5;有机质含量为65.3%;种子发芽指数在堆肥结束时达到85.5%,物料完全腐熟;全磷、全钾和全氮的相对含量分别为0.65%、0.34%和1.37%。鞘脂杆菌属、黄杆菌属和德沃斯氏菌属为菌糠堆肥过程中的优势细菌属;真菌类群中,原料中的木耳属(25.39%)、木霉属(30.04%)、粘束孢属(14.29%)和Coniochaeta(16.52%)相对丰度较高,在高温期木耳属(13.96%)和Mycothermus(8.71%)为优势真菌属,鬼伞属和Mycothermus在堆肥中后期占据优势。古菌类群中,检测到甲烷丝菌属,其相对丰度仅为0.01%。在低温环境下,菌糠堆肥物料完全腐熟,各时期细菌多样性差异较大,真菌在高温期和腐熟期的多样性差异较大。

牛粪堆肥过程中土霉素降解及其与微生物群落结构的关系

畜禽粪便的堆肥化过程可以有效降解土霉素等抗生素,温度是影响降解过程的主要因素,而复杂的微生物群落常被忽视。本研究以土霉素初始含量0做为对照(CK),探析了牛粪堆肥(TG)过程中60 mg·kg^(-1)的土霉素的降解及微生物群落变化规律。结果显示,经28 d的堆肥处理,土霉素降解率达93.3%,63 d后,降解率达96.7%。微生物群落方面,在土霉素处理中,类芽孢杆菌属、芽孢杆菌属和Thermobacillus在高温期增加,其相对丰度由原料中的0.04%、0和0分别升高到高温期的4.25%、1.16%和1.68%,而在空白组中分别为0.20%、0.02%和0.09%。此外,相关性分析发现芽孢杆菌属、短芽孢杆菌属以及Chelatococcus对土霉素的降解过程具有较大的效应,证实土霉素在牛粪堆肥过程中的生物降解与微生物密切相关。

微生物菌剂对玉米秸秆和餐厨垃圾混合好氧堆肥的影响

秸秆与餐厨垃圾混合堆肥发酵可以充分发挥两种原料各自的优点,是有效的资源化利用途径。为探究微生物强化对玉米秸秆和餐厨垃圾混合堆肥的影响,把玉米秸秆和餐厨垃圾按质量比1∶1混合后进行好氧堆肥处理。试验组按照体积比接种5%微生物菌剂,对照组添加等体积灭菌后的培养基,通过测定温度、pH、有机质含量、总氮、总磷、总钾、C/N和种子发芽指数等指标评价堆肥腐熟效果。结果表明,试验组第1天升至高温期,高温期持续16 d,最高温度为68.1℃,而对照组于第2天进入高温期,高温期维持11 d,最高温度为61.3℃;试验组及对照组堆肥结束时有机质含量比原料分别降低20.51%和15.34%;堆肥结束时试验组总氮、总磷和总钾含量与初始原料相比分别提升36.67%、52.08%和50.75%,显著高于对照组提升的30.83%、39.58%和37.31%;堆肥末期试验组和对照组的种子发芽指数分别为90.77%和80.93%,两组处理均已完全腐熟达到无害化要求,但试验组比对照组提前6 d完成腐熟。接种微生物菌剂可以加快玉米秸秆和餐厨垃圾混合发酵的堆肥进程。

关于木质纤维素生物降解的文献计量分析

该文基于Web of science数据库,对世界范围内关于木质纤维素生物降解领域的文章进行了近年文献数量变化趋势、重点发文国家、重点发文作者、重点发文机构、重点发文研究方向以及重点发文期刊6个角度的数据分析,为今后该领域的研究提供一些基础的数据资源。在进入21世纪后,木质纤维素生物降解领域的发文数量总体呈现出良好的增长态势,美国在该领域发布文章的数量和质量都很可观,我国在该领域发布的文章还需提高质量。在木质纤维素生物降解领域的研究中,我国应该加强与部分欧美国家的合作,带动我国在该领域科研实力的提升。

接菌剂对水稻秸秆和白菜尾菜混合堆肥进程及细菌多样性的影响

接种秸秆分解菌剂强化秸秆降解效果是生产上普遍采用的人工强化措施,水稻秸秆和白菜尾菜是两种特征不同的农业有机固体废弃物,将二者混合堆肥发酵会通过营养互补提高处理效果。以收获后风干水稻秸秆和白菜尾菜为混合原料(二者质量比7∶3)进行堆肥试验,研究接种秸秆分解菌剂(接种量5%,体积比)对堆肥过程的影响,通过高通量测序技术分析堆肥化过程中细菌多样性动态变化。结果表明,添加秸秆分解菌剂处理(T1)与不接菌对照(CK)相比,堆体的高温期长6 d,发芽指数(GI)提升9.0%。堆肥结束时,物料的全氮、全钾含量显著提升至1.39%和2.15%(P<0.05)。TI高温期与降温期丰富度大于10%的优势细菌属分别为纤维杆菌属(Fibrobacter)、Demequina。CK高温期丰富度大于10%的优势细菌属为假黄单胞杆菌属(Pseudoxanthomonas)、螯合球菌属(Chelatococcus),降温期丰富度最高的优势细菌属为高温双岐菌属(Thermobifida)。添加秸秆分解菌剂能够提升物料养分含量,促进物料腐熟,并且提高堆肥高温期、降温期细菌多样性和丰富度。

猪粪和玉米秸秆混合发酵产沼气特性研究

东北地区猪粪与玉米秸秆是养殖业和农业主要的废弃物类型之一,为了充分把两种废弃物通过厌氧生物处理途径进行资源化,研究探讨猪粪和玉米秸秆不同配比下混合厌氧发酵产沼气的特征。在中温(37±1℃)条件下,总固体含量(TS)为8%,将猪粪与玉米秸秆分别按照不同干重比(1∶0、2∶1、1∶1、1∶2)进行批次厌氧发酵。结果表明,粪秆比2∶1,累积产生的沼气量和TS生甲烷率均最高,分别为306 mL·g^(-1)和138 mL·g^(-1),较粪秆比1∶0处理组提高18.5%和8.4%,木质纤维的的降解率比粪秆比1∶0高5.23%。木质纤维素降解量与累积产沼气量显著相关(P<0.05)。

牛粪分离液和玉米秸秆不同混合比例对厌氧发酵的影响

固液分离是我国规模化奶牛厂粪污预处理的普遍措施,将牛粪分离液与秸秆进行混合厌氧发酵产沼气是粪污处理的可行的技术途径之一。试验以中温(37±1℃),发酵总体积700 mL,接种量50%,TS 8%为发酵条件,将牛粪分离液按照不同添加量(A组0 mL、B组50 mL、C组150 mL、D组250 mL)与玉米秸秆混合进行厌氧发酵,研究不同处理厌氧发酵产沼气特性及木质纤维素降解情况。结果表明,牛粪分离液添加量为150 mL处理组发酵效果最好,累积产沼气量和累积产甲烷量最高,分别为6283 mL和2806 mL,比不添加牛粪分离液的处理组提高6.21%和24.69%,同时TS产甲烷率最高,为134 mL·g^-1,比不添加牛粪分离液的处理提高20.89%。随着牛粪分离液添加量的增加,纤维素降解率呈先上升后下降趋势,半纤维素降解率呈上升趋势,木质素降解率呈先下降后上升趋势。研究结果为牛粪分离液与玉米秸秆混合厌氧发酵工程的高效运行提供科学依据。

不同预处理条件对于尾菜厌氧发酵产气效果的影响

以尾菜为发酵原料,常因“易酸化”导致产气失败。为了提高其能源化利用效率,试验以产气效果为评价指标,考察不同尾菜的厌氧消化产甲烷能力的基础上,研究超声波破碎、超声波清洗、碱液浸泡及沼液浸泡的预处理措施对产甲烷能力最佳和最差尾菜的产气影响。研究结果表明,在总固体(TS)浓度为3%和中温37℃下,菠菜、卷心菜、芹菜、油菜和白菜的挥发性固体(VS)产甲烷率分别为65.93、77.44、78.33、55.73 mL·g^(-1)·VS和60.68 mL·g^(-1)·VS,TS产甲烷率分别为64.39、75.63、76.50、54.53 mL·g^(-1)·TS和59.27 mL·g^(-1)·TS,其中菠菜和卷心菜的产气效果显著高于其他尾菜,芹菜的产甲烷能力显著低于其他处理。在发酵过程中,4种预处理对卷心菜和芹菜发酵体系的pH均有缓冲作用,可以降低pH的下降速度和程度。4种预处理的甲烷体积分数均在第7 d达到40%以上,峰值接近54%。不同预处理均能提高反应系统的产甲烷能力,促进甲烷产生量的顺序为超声波破碎>超声波清洗>碱液浸泡>沼液浸泡。超声波破碎的最佳预处理功率为30%(额定功率450 W),与对照相比,两种尾菜TS甲烷产率的提高率分别为95.42%和120.81%,VS甲烷产率的提高率分别为95.56%和120.84%,均显著高于其他处理。不同尾菜厌氧发酵产气潜力存在一定差异,通过预处理可以延缓尾菜厌氧发酵的酸化进程,提高尾菜的产气率。研究为尾菜厌氧发酵预处理技术提供一定理论及应用的参考。

贝莱斯芽孢杆菌YX-3的筛选鉴定及其抑菌效果

为了分离出对多种植物病害真菌具有生防潜力的拮抗细菌,通过平板法从银杏外种皮中分离纯化到1株细菌YX-3,采用生理生化试验及16S rDNA测序鉴定细菌的分类地位,利用平板对峙法测定菌株YX-3对6种供试植物病原菌的抑制作用。菌株YX-3菌落呈乳白色,边缘光滑,培养5 d后菌落由饱满转变为中心处塌陷,菌体呈杆状,菌体大小约0.5×3.1μm,芽孢大小约0.5×1.0μm,经革兰氏染色结果为阳性,初步确定为芽孢杆菌,经分子生物学鉴定后,其为贝莱斯芽孢杆菌。贝莱斯芽孢杆菌YX-3对灰梨孢菌、禾谷镰刀菌、藤仓镰刀菌、新月弯孢菌、串珠镰刀菌、尖孢镰刀菌6种供试植物病原菌均具有抑制作用,抑制率在60%~69%之间,贝莱斯芽孢杆菌YX-3对藤仓镰刀菌的拮抗作用较强,抑菌率为69.19%±0.24%,对新月弯孢菌的拮抗作用较弱,抑菌率为60.47%±0.09%。贝莱斯芽孢杆菌YX-3对多种植物病原物具有广谱拮抗作用,具有作为生物防治菌剂的潜在价值。

果胶杆菌(Pectobacterium aroidearum)WNH的筛选及其汉麻生物脱胶效果

【背景】麻类生物脱胶与化学法脱胶相比具有环保优势。【目的】获得用于汉麻生物脱胶的高效果胶酶菌株。【方法】使用以果胶为唯一碳源的培养基,采用平板稀释法进行菌株筛选,通过生理生化实验和16SrRNA基因序列比对鉴定目标菌株。采用单因素试验优化产酶条件,并验证该条件下汉麻生物脱胶效果。【结果】获得一株具备高活性果胶的酶菌株,归类为果胶杆菌(Pectobacterium aroidearum)WNH。在培养温度27℃、转速160 r/min、接种量10%、初始pH7.0的条件下培养16 h后,果胶杆菌WNH的粗酶液果胶酶活力达155.03 U/mL。按上述条件对汉麻韧皮进行二次脱胶处理,处理后脱胶率为27.18%,较对照组提高了6.93%。【结论】果胶杆菌WNH具备汉麻生物脱胶的潜力。

两株聚球藻伴生细菌分离纯化与促生功能鉴定

【背景】蓝藻周围存在伴生细菌,伴生细菌与蓝藻具有复杂的作用关系。【目的】研究淡水聚球藻伴生细菌对聚球藻生长的影响。【方法】采用高通量测序分析聚球藻伴生细菌多样性;平板划线法纯化聚球藻伴生细菌,通过形态观察结合16S rRNA基因序列同源性比对,对其种属关系进行确定;通过聚球藻和不同浓度伴生细菌共培养测定其叶绿素a浓度,分析伴生细菌对聚球藻生长的影响;采用种子发芽试验验证伴生细菌促生功能。【结果】淡水聚球藻伴生细菌优势菌属为产卟啉杆菌属(Porphyrobacter)、根瘤菌属(Rhizobium)、水单胞菌属(Aquimonas)和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium),从聚球藻分离获得了两株伴生细菌JQ1和JQ2,基于16S rRNA基因序列鉴定其分别属于Rhizobium和Peribacillus,通过在聚球藻与不同浓度伴生细菌共培养及水稻发芽试验验证,证明伴生细菌JQ1和JQ2在菌藻比例分别为5:1和15:1时具有促生作用,都对增强秧苗素质和根系发育有一定影响但JQ2与JQ1相比能显著提高水稻种子的发芽率。【结论】淡水聚球藻伴生细菌JQ1和JQ2在适宜的浓度均可显著促进聚球藻的生长,并且在水稻中施用伴生细菌能促进水稻的生长,提高其发芽率。

木质素降解菌BYL-7的筛选及降解条件优化

【背景】微生物降解木质素因其具有降解效率高和环保等特点而备受关注。【目的】筛选高效木质素降解真菌,并对其降解条件进行优化。【方法】通过愈创木酚-马铃薯葡萄糖琼脂(potato dextroseagar,PDA)和苯胺蓝平板法筛选高效木质素降解菌株,利用单因素筛选及响应面试验对培养条件进行优化。【结果】筛选到一株高效木质素降解菌BYL-7,经形态和多序列分析初步确定为Trametes versicolor。单因素试验证明初始pH、温度和接种量为降解木质素显著影响因子,响应面试验确定降解木质素最优条件为:初始pH 6.7,温度25°C,接种量8%。在此条件下,碱性木质素降解率为36.5%,比未优化前提高54.0%;水稻秸秆木质素、半纤维素和纤维素降解率分别为32.8%、21.5%、13.2%,其中木质素降解率比未优化前提高36.1%;漆酶活性在第6天达到峰值120.0 U/L,比未优化前提高25.0%;木质素过氧化物酶活性在第6天达到峰值1343.8U/L,比未优化前提高36.0%;锰过氧化物酶活性在第5天达到峰值463.8U/L,比未优化前提高31.7%。【结论】研究结果为木质素的降解提供了良好的菌种资源,同时也为后续木质素的研究积累了相关数据。

复合菌系降解玉米秸秆过程中群落演替与秸秆降解的关系

【目的】为了获得木质素降解复合菌系LDC降解玉米秸秆的适宜条件,明确秸秆降解过程中可能发挥重要作用的功能微生物类群。【方法】以培养温度、pH、培养基装液量和接菌量等单因素试验结果为依据,采用响应面法优化复合菌系降解玉米秸秆的培养条件,利用Miseq高通量测序技术,分析不同降解时期复合菌系的群落结构变化规律。【结果】复合菌系对秸秆最佳降解条件为:培养温度32°C、初始pH为8.2、装液量为40%,接菌量为10%。此条件下木质素最大降解率为44.5%,相比未优化处理提高13.3%。在门水平上,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)是复合菌系LDC的优势菌门。在玉米秸秆降解过程中,降解初期的优势菌属为Proteiniphilum(11.9%)、 Sphaerochaeta(8.4%)、 Ruminofilibacter(8.4%)、 Pannonibacter(6.7%)、Pseudomonas(6.1%)和Rhizobium(5.7%);在降解高峰期时,Anaerocolumna(24.0%)、Caenispirillum(9.2%)和Thauera(7.0%)的丰度显著上升,分别是其在降解初期的16.5倍、 3.0倍和5.9倍,而Ruminofilibacter(10.9%)的丰度仍然很高且排在第二位。在降解末期的优势菌属为Ruminofilibacter(25.4%)、Pseudomonas (9.7%)、Sphaerochaeta (8.8%)、Caenispirillum (8.4%)、Pannonibacter (4.3%)、Thauera (4.0%)以及Desulfomicrobium (3.4%)。【结论】明确了玉米秸秆降解复合菌系的最佳培养条件以及在不同降解时期微生物群落结构变化规律,在玉米秸秆降解过程中发挥重要作用的微生物类群为Pseudomonas、Pannonibacter、Thauera、Ruminofilibacter和Anaerocolumna。