铜对畜禽粪便堆肥过程中微生物群落及抗性基因影响机理研究
发布时间：2021-05-25 14:11
重金属作为饲料添加剂广泛应用于畜禽养殖业中,但大量的重金属会以原药形态残留于畜禽粪便中。好氧堆肥是处理畜禽粪便的重要方式,微生物参与堆肥过程多种有机物质的降解,是影响堆肥效率的重要因素;氮循环功能微生物是氮素转化的关键,直接影响堆肥产品质量。然而,堆肥产品的农业利用已成为抗性基因进入环境的重要途径,严重威胁人类健康。因此,本文以Cu作为畜禽粪便中典型重金属污染物,全面研究了不同浓度Cu对好氧堆肥过程中细菌群落多样性、氮循环功能基因及微生物群落多样性（硝化、反硝化和固氮过程）和抗性基因（抗Cu基因（Copper Resistance Genes,CRGs）、抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）及Ⅰ类整合子基因（intl1））的影响,分析了Cu与功能微生物和抗性基因变化的关系,揭示了不同浓度Cu对堆肥过程中功能微生物及抗性基因影响的微生物学机理。取得的主要结果和结论如下:（1）Firmicutes、Proteobacteria和Actinobacteria是堆肥过程中主要的细菌门,高浓度（2000 mg/kg）Cu处理使与纤维素和木质素降解相关...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 文献综述
1.2.1 畜禽粪便中重金属残留现状及其堆肥过程的变化
1.2.2 好氧堆肥过程细菌群落的变化
1.2.3 好氧堆肥过程氮循环过程研究
1.2.4 好氧堆肥过程抗性基因的研究
1.3 主要研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 铜对堆肥过程中细菌丰度和群落多样性的影响
2.1 材料与方法
2.1.1 堆肥试验
2.1.2 理化性质及重金属测定
2.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
2.1.4 16S高通量测序分析
2.1.5 数据统计与分析
2.2 结果与讨论
2.2.1 Cu对堆肥过程中理化性质变化的影响
2.2.2 Cu对堆肥过程细菌丰度的影响
2.2.3 Cu对堆肥过程细菌群落β多样性的影响
2.2.4 Cu对堆肥过程细菌群落组成的影响
2.2.5 PICRUSt对细菌酶生产潜力的预测
2.2.6 好氧堆肥过程细菌群落network分析
2.2.7 环境因素和细菌群落之间的关系
2.3 小结
第三章 铜对堆肥过程中氨氧化微生物群落及其基因丰度变化的影响
3.1 材料与方法
3.1.1 堆肥试验
3.1.2 理化性质及潜在氨氧化势的测定
3.1.3 DNA样品的提取和定量PCR
3.1.4 PCR变性凝胶电泳(DGGE)和测序分析
3.1.5 数据统计与分析
3.2 结果与讨论
3.2.1 Cu对堆肥过程中理化性质的影响
3.2.2 Cu对堆肥过程潜在氨氧化势的影响
3.2.3 Cu对堆肥过程氨氧化古菌和氨氧化细菌amoA基因丰度的影响
3.2.4 堆肥过程中氨氧化微生物群落DGGE指纹图谱分析
3.2.5 Cu对堆肥过程氨氧化古菌和氨氧化细菌群落多样性的影响
3.2.6 堆肥过程氨氧化古菌和氨氧化细菌系统发育分析
3.3 小结
第四章 铜对堆肥过程中反硝化微生物群落及其基因丰度的影响
4.1 材料与方法
4.1.1 堆肥试验
4.1.2 理化性质及重金属测定
4.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
4.1.4 反硝化功能基因高通量测序分析
4.1.5 数据统计与分析
4.2 结果与讨论
4.2.1 Cu对畜禽粪便堆肥过程中反硝化功能基因丰度的影响
4.2.2 Cu对猪粪堆肥过程中反硝化细菌群落多样性及结构的影响
4.2.3 Cu对猪粪堆肥过程中反硝化微生物群落组成的影响
4.2.4 堆肥过程中反硝化基因和反硝化微生物的network分析
4.2.5 环境因子对反硝化微生物群落结构的影响
4.3 小结
第五章 铜对堆肥过程中固氮微生物丰度及其群落变化的影响
5.1 材料与方法
5.1.1 堆肥试验
5.1.2 理化性质及重金属测定
5.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
5.1.4 固氮功能基因高通量测序分析
5.1.5 数据统计与分析
5.2 结果与讨论
5.2.1 畜禽粪便中残留的Cu对堆肥过程nifH基因丰度的影响
5.2.2 Cu对堆肥过程携带nifH基因固氮细菌群落结构的影响
5.2.3 Cu对堆肥过程固氮细菌群落组成的影响
5.2.4 堆肥过程固氮微生物的共现性分析
5.3 小结
第六章 铜对堆肥过程中抗铜基因和抗生素抗性基因的影响
6.1 材料与方法
6.1.1 堆肥试验
6.1.2 理化性质及重金属测定
6.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
6.1.4 16SrRNA高通量测序分析
6.1.5 数据统计与分析
6.2 结果与讨论
6.2.1 Cu对堆肥过程中CRGs丰度的影响
6.2.2 Cu对堆肥过程中ARGs和intI1的影响
6.2.3 Cu对好氧堆肥过程中细菌属的影响
6.2.4 CRGs、ARGs与intI1和环境因子之间的关系
6.2.5 CRGs、ARGs与intI1和主要细菌属之间network分析
6.3 小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]滩涂土壤固氮菌群落与环境因子的典范对应分析[J]. 蔡树美,徐四新,张翰林,张德闪,吕卫光,顾富家,诸海焘. 土壤. 2017(06)
[2]异位发酵床:养殖废弃物资源化利用新模式[J]. 本刊编辑部,王亚辉. 中国猪业. 2017(07)
[3]非共生生物固氮微生物分子生态学研究进展[J]. 徐鹏霞,韩丽丽,贺纪正,罗锋,张丽梅. 应用生态学报. 2017(10)
[4]我国商品有机肥和有机废弃物中重金属、养分和盐分状况[J]. 黄绍文,唐继伟,李春花. 植物营养与肥料学报. 2017(01)
[5]长期石油污染对盐碱化土壤中微生物群落分子生态网络的影响[J]. 赵慧慧,肖娴,裴孟,赵远,梁玉婷. 环境科学. 2016(09)
[6]鸡粪锯末好氧堆肥过程中主要指标及反硝化细菌动态变化[J]. 陈雅娟,李季,杨耀峰. 中国农业大学学报. 2016(07)
[7]Responses of soil ammonia oxidizers to a short-term severe mercury stress[J]. Zhi-Feng Zhou,Yu-Rong Liu,Guo-Xin Sun,Yuan-Ming Zheng. Journal of Environmental Sciences. 2015(12)
[8]Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China[J]. Hui Wang,Yuanhua Dong,Yunya Yang,Gurpal S.Toor,Xumei Zhang. Journal of Environmental Sciences. 2013(12)
[9]土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J]. 贺纪正,张丽梅. 微生物学通报. 2013(01)
[10]微生物生理群在猪粪秸秆高温堆肥碳氮转化中的作用[J]. 刘学玲,黄懿梅,姜继韶,黄华. 环境工程学报. 2012(05)
博士论文
[1]微生物群落构建和演替对石油污染物的响应研究[D]. 焦硕.西北农林科技大学 2017
[2]Shewanella oneidensis MR-1外膜细胞色素c介导的胞外电子传递过程研究[D]. 韩蕊.华南理工大学 2016
[3]电活性微生物与固体电极间的双向电子转移及其效应研究[D]. 余林鹏.中国科学院研究生院(广州地球化学研究所) 2016
[4]猪粪堆肥过程中重金属形态变化特征及钝化技术研究[D]. 吕兑安.中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所） 2014
[5]基于分子生物学的堆肥功能微生物种群与体系基质特性关系研究[D]. 张嘉超.湖南大学 2013
硕士论文
[1]堆肥中氮素转化微生物群落与理化参数间关系的研究[D]. 朱丽平.东北农业大学 2016
[2]土霉素对堆肥过程中固氮菌和氨氧化菌群落结构及基因丰度的影响[D]. 孙家骏.西北农林科技大学 2016
[3]接种菌剂对牛粪堆肥硝化和反硝化细菌群落影响的研究[D]. 徐莹莹.东北农业大学 2015
[4]堆肥过程中硝化细菌和反硝化细菌多样性的分析[D]. 孙瑜.东北农业大学 2014
[5]农业废物好氧堆肥中反硝化功能基因及其分布特征的研究[D]. 胡春晓.湖南大学 2013
[6]农业废物好氧堆肥中氨氧化菌的研究[D]. 虞泳.湖南大学 2011
[7]重金属Cu、Zn对堆肥过程中微生物群落代谢和水解酶活性的影响[D]. 郭星亮.西北农林科技大学 2011
本文编号：3205480
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 文献综述
1.2.1 畜禽粪便中重金属残留现状及其堆肥过程的变化
1.2.2 好氧堆肥过程细菌群落的变化
1.2.3 好氧堆肥过程氮循环过程研究
1.2.4 好氧堆肥过程抗性基因的研究
1.3 主要研究内容与技术路线
1.3.1 研究内容
1.3.2 技术路线
第二章 铜对堆肥过程中细菌丰度和群落多样性的影响
2.1 材料与方法
2.1.1 堆肥试验
2.1.2 理化性质及重金属测定
2.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
2.1.4 16S高通量测序分析
2.1.5 数据统计与分析
2.2 结果与讨论
2.2.1 Cu对堆肥过程中理化性质变化的影响
2.2.2 Cu对堆肥过程细菌丰度的影响
2.2.3 Cu对堆肥过程细菌群落β多样性的影响
2.2.4 Cu对堆肥过程细菌群落组成的影响
2.2.5 PICRUSt对细菌酶生产潜力的预测
2.2.6 好氧堆肥过程细菌群落network分析
2.2.7 环境因素和细菌群落之间的关系
2.3 小结
第三章 铜对堆肥过程中氨氧化微生物群落及其基因丰度变化的影响
3.1 材料与方法
3.1.1 堆肥试验
3.1.2 理化性质及潜在氨氧化势的测定
3.1.3 DNA样品的提取和定量PCR
3.1.4 PCR变性凝胶电泳(DGGE)和测序分析
3.1.5 数据统计与分析
3.2 结果与讨论
3.2.1 Cu对堆肥过程中理化性质的影响
3.2.2 Cu对堆肥过程潜在氨氧化势的影响
3.2.3 Cu对堆肥过程氨氧化古菌和氨氧化细菌amoA基因丰度的影响
3.2.4 堆肥过程中氨氧化微生物群落DGGE指纹图谱分析
3.2.5 Cu对堆肥过程氨氧化古菌和氨氧化细菌群落多样性的影响
3.2.6 堆肥过程氨氧化古菌和氨氧化细菌系统发育分析
3.3 小结
第四章 铜对堆肥过程中反硝化微生物群落及其基因丰度的影响
4.1 材料与方法
4.1.1 堆肥试验
4.1.2 理化性质及重金属测定
4.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
4.1.4 反硝化功能基因高通量测序分析
4.1.5 数据统计与分析
4.2 结果与讨论
4.2.1 Cu对畜禽粪便堆肥过程中反硝化功能基因丰度的影响
4.2.2 Cu对猪粪堆肥过程中反硝化细菌群落多样性及结构的影响
4.2.3 Cu对猪粪堆肥过程中反硝化微生物群落组成的影响
4.2.4 堆肥过程中反硝化基因和反硝化微生物的network分析
4.2.5 环境因子对反硝化微生物群落结构的影响
4.3 小结
第五章 铜对堆肥过程中固氮微生物丰度及其群落变化的影响
5.1 材料与方法
5.1.1 堆肥试验
5.1.2 理化性质及重金属测定
5.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
5.1.4 固氮功能基因高通量测序分析
5.1.5 数据统计与分析
5.2 结果与讨论
5.2.1 畜禽粪便中残留的Cu对堆肥过程nifH基因丰度的影响
5.2.2 Cu对堆肥过程携带nifH基因固氮细菌群落结构的影响
5.2.3 Cu对堆肥过程固氮细菌群落组成的影响
5.2.4 堆肥过程固氮微生物的共现性分析
5.3 小结
第六章 铜对堆肥过程中抗铜基因和抗生素抗性基因的影响
6.1 材料与方法
6.1.1 堆肥试验
6.1.2 理化性质及重金属测定
6.1.3 DNA提取和qPCR定量检测
6.1.4 16SrRNA高通量测序分析
6.1.5 数据统计与分析
6.2 结果与讨论
6.2.1 Cu对堆肥过程中CRGs丰度的影响
6.2.2 Cu对堆肥过程中ARGs和intI1的影响
6.2.3 Cu对好氧堆肥过程中细菌属的影响
6.2.4 CRGs、ARGs与intI1和环境因子之间的关系
6.2.5 CRGs、ARGs与intI1和主要细菌属之间network分析
6.3 小结
第七章 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]滩涂土壤固氮菌群落与环境因子的典范对应分析[J]. 蔡树美,徐四新,张翰林,张德闪,吕卫光,顾富家,诸海焘. 土壤. 2017(06)
[2]异位发酵床:养殖废弃物资源化利用新模式[J]. 本刊编辑部,王亚辉. 中国猪业. 2017(07)
[3]非共生生物固氮微生物分子生态学研究进展[J]. 徐鹏霞,韩丽丽,贺纪正,罗锋,张丽梅. 应用生态学报. 2017(10)
[4]我国商品有机肥和有机废弃物中重金属、养分和盐分状况[J]. 黄绍文,唐继伟,李春花. 植物营养与肥料学报. 2017(01)
[5]长期石油污染对盐碱化土壤中微生物群落分子生态网络的影响[J]. 赵慧慧,肖娴,裴孟,赵远,梁玉婷. 环境科学. 2016(09)
[6]鸡粪锯末好氧堆肥过程中主要指标及反硝化细菌动态变化[J]. 陈雅娟,李季,杨耀峰. 中国农业大学学报. 2016(07)
[7]Responses of soil ammonia oxidizers to a short-term severe mercury stress[J]. Zhi-Feng Zhou,Yu-Rong Liu,Guo-Xin Sun,Yuan-Ming Zheng. Journal of Environmental Sciences. 2015(12)
[8]Changes in heavy metal contents in animal feeds and manures in an intensive animal production region of China[J]. Hui Wang,Yuanhua Dong,Yunya Yang,Gurpal S.Toor,Xumei Zhang. Journal of Environmental Sciences. 2013(12)
[9]土壤氮素转化的关键微生物过程及机制[J]. 贺纪正,张丽梅. 微生物学通报. 2013(01)
[10]微生物生理群在猪粪秸秆高温堆肥碳氮转化中的作用[J]. 刘学玲,黄懿梅,姜继韶,黄华. 环境工程学报. 2012(05)
博士论文
[1]微生物群落构建和演替对石油污染物的响应研究[D]. 焦硕.西北农林科技大学 2017
[2]Shewanella oneidensis MR-1外膜细胞色素c介导的胞外电子传递过程研究[D]. 韩蕊.华南理工大学 2016
[3]电活性微生物与固体电极间的双向电子转移及其效应研究[D]. 余林鹏.中国科学院研究生院(广州地球化学研究所) 2016
[4]猪粪堆肥过程中重金属形态变化特征及钝化技术研究[D]. 吕兑安.中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所） 2014
[5]基于分子生物学的堆肥功能微生物种群与体系基质特性关系研究[D]. 张嘉超.湖南大学 2013
硕士论文
[1]堆肥中氮素转化微生物群落与理化参数间关系的研究[D]. 朱丽平.东北农业大学 2016
[2]土霉素对堆肥过程中固氮菌和氨氧化菌群落结构及基因丰度的影响[D]. 孙家骏.西北农林科技大学 2016
[3]接种菌剂对牛粪堆肥硝化和反硝化细菌群落影响的研究[D]. 徐莹莹.东北农业大学 2015
[4]堆肥过程中硝化细菌和反硝化细菌多样性的分析[D]. 孙瑜.东北农业大学 2014
[5]农业废物好氧堆肥中反硝化功能基因及其分布特征的研究[D]. 胡春晓.湖南大学 2013
[6]农业废物好氧堆肥中氨氧化菌的研究[D]. 虞泳.湖南大学 2011
[7]重金属Cu、Zn对堆肥过程中微生物群落代谢和水解酶活性的影响[D]. 郭星亮.西北农林科技大学 2011
本文编号：3205480
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