禽粪好氧堆肥中微生物群落结构与碳素分解代谢的互作机理

发布时间：2020-03-26 12:45

【摘要】：本研究以禽畜粪便和植物秸秆为主要材料,分别以落叶、餐厨垃圾以及腐熟堆肥作为调节剂和膨松剂,建立三组好氧堆肥。检测堆肥过程中的理化性质,研究碳素的降解规律。同时,新建DNA提取方法,结合下一代测序技术,分析好氧堆肥过程中微生物群落的演替规律,目的是揭示菌群结构与碳素代谢的互作机理。主要研究结果如下:(1)针对堆肥样品中腐殖酸类物质含量高的特点,建立一种低成本、高重复和高效率的DNA提取方法。该方法利用3M层析滤纸吸附堆肥样品浸提液中的微生物,洗脱除杂后,用Chelex-100树脂高温裂解细胞,收集DNA,最后利用PCR-BRISA指纹图谱对提取的DNA进行验证。结果表明:新建方法提取的DNA在平行样品间的相关系数为0.838,相似性高。新建方法与试剂盒层析滤纸的方法比较,相关系数为0.882,说明新建方法与试剂盒具有相似的DNA提取效率。以上结果说明,新建的DNA提取方法,具有低成本、高重复和高效率的特点,为堆肥样品的高通量提取和群落展示打下了基础。(2)对下一代测序技术(NGS)在堆肥时序样品分析中的应用进行了比较,实验选取6个堆肥时间点下的样品,分别进行DNA提取、特异性扩增、DNA纯化和下一代测序,比较16S rDNA的V3-V4和V6-V8高可变区的测序结果,结果发现:在微生物群落多样性方面,V6-V8区要显著高于V3-V4区(p=0.025);在属水平的信息鉴定方面,V6-V8区测序信息(92%可鉴定)略高于V3-V4区(85%可鉴定),但差异不显著(p=0.063);在菌群结构方面,门、纲、目、科和属的水平上,V3-V4区和V6-V8区的差异均不显著。所以,V3-V4区和V6-V8区的NGS测序结果总体上无显著差异,鉴于V6-V8区可鉴定出更高的微生物多样性和提供更多的细菌种属信息,应选取V6-V8区的NGS测序方法进行后续堆肥样品的群落结构检测。(3)结合已建立的DNA提取和NGS群落分析技术,对添加了落叶、餐厨垃圾以及腐熟堆肥的三组好氧堆肥进行碳素性质测定和微生物群落变化规律分析。结果发现:添加腐熟堆肥的一组,在总碳、有机质、木质素、烷基碳的降解方面,速率显著(p0.05)高于另外两组,但在水溶碳、腐殖酸、纤维素、胺基碳和芳香碳的降解方面差异不显著。结合宏观碳素性质与群落结构特征分析发现,纤维素、总碳、总水溶碳以及CO_2呼吸率是重要的堆肥碳素指标,分别影响了28%、19%、17%的细菌种属变化,促进了优势种属从Sinibacillus、Thiopseudomonas到Serpens、Microbacterium、Brachybacterium、Brevibacterium的转化。微观官能团碳素性质中,烷基碳和烷基卤代碳指示了堆肥腐熟进程,分别影响了36%和11%的细菌种属变化。综上,堆肥的微生物群落结构与碳素降解存在显著互作关系,深入研究二者互作机理有利于揭示好氧堆肥降解效率的驱动机制,为功能微生物的分离鉴定和利用打下基础。
【图文】：

示意图,示意图

- 8 -图 1.2 宏基因组学方法研究步骤示意图Fig. 1.2 Construction and screening of metagenomics libraries

技术路线图,技术路线,提取技术,内容

技术路线
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S141.4;X71

【参考文献】