纳米氧化锌(纳米ZnO)的广泛应用使其进入农业生产领域的可能性增加.鉴于堆肥是处理农业废弃物的主要方式,采用实验室模拟堆置,以鸡粪、秸秆粉为主要原料进行堆肥实验,研究3种浓度的纳米ZnO (0.1,1,10 mg/kg)对堆肥过程中理化指标的影响,并采用高通量测序技术研究堆体中细菌群落结构及组成的变化.结果显示,纳米ZnO不会影响堆肥过程中的温度及腐熟程度,但降低了堆肥过程中的pH;对堆体中细菌Alpha多样性影响不显著,但改变了细菌群落结构及组成.其中,堆肥高温期(5 d)厚壁菌门及拟杆菌门的一些属对纳米ZnO处理响应最明显,0.1 mg/kg浓度纳米ZnO提高了Cohnella的相对丰度,而1、10 mg/kg浓度纳米ZnO增加了魏斯氏菌属、芽孢杆菌属、肠球菌属的相对丰度,降低了一些拟杆菌属的丰度:本研究表明纳米ZnO不仅影响堆肥理化性质,也影响堆肥中一些功能微生物,结果可为评价纳米ZnO的环境效应提供重要依据.

充分利用当地杂草资源生产双孢蘑菇对于降低生产成本和环境保护具有重要意义.在密云库区杂草多样性调查和配方工艺调整的基础上,对3个批次库区杂草的双孢蘑菇(Agaricus bisporus)生产进行全程监测,包括堆肥期和出菇期的培养料理化性质、物质变化、相关降解酶活性和培养料发酵过程中细菌菌群变化,统计产量等.结果显示,库区杂草种类繁多,株高茎粗,茎杆坚硬紧实,打捆后的杂草饱和吸水量为76.78％.堆肥期培养料的含水量、含碳量和碳氮比逐渐下降,出菇期变化不大;培养料的含氮量在培养料一次发酵结束(PI)均有下降的现象,二次发酵结束(PII)含氮量升高.培养料二次发酵过程中纤维素和半纤维素的利用率均介于40％-60％之间;木质素利用率介于20％-30％.在双孢蘑菇菌丝生长和出菇过程中木质素的利用率为16％-21％.培养料纤维素和半纤维素的含量变化与相关降解酶变化情况相一致.堆肥期样品Illumina测序得到432 595条有效序列,序列平均长度为441 bp;分类分析表明,堆肥时期优势菌群为拟杆菌门(Bacteroidetes)的普氏菌属(Prevotella),厚壁菌门(Firmicutes)的芽孢杆菌属(Bacillus),栖热菌门(Deinococcus-Thermus)的Thermus属、Truepera属、Caldicoprobacter属(一种木聚糖降解菌),放线菌门(Actinobacteria)的热多孢菌属(Thermopolyspora),变形菌门(Proteobacteria)的假黄单胞菌属(Pseudoxanthomonas).3个批次产量在17.1-19.7 kg/m2范围.本研究表明库区杂草取代麦草进行双孢蘑菇工厂化生产是可行的,结果可为其合理利用和工艺改进提供理论依据.

目的 筛选并鉴定纤维素酶高产菌株,初步研究其所产纤维素酶的酶学性质,为纤维素资源的综合利用提供菌种资源.方法 通过刚果红染色和酶活测定,从广州凉茶中药渣堆肥和黑龙江玉米地土壤中筛选出纤维素酶高产菌株,进行基于16S rDNA分析的分子鉴定,同时采用单因素试验方法确定菌株最佳培养时间,判断温度、pH值、金属离子、有机溶剂和盐浓度对所产纤维素酶活性及稳定性的影响.结果 筛选获得3株纤维素酶高产菌株,其中Z-1鉴定为甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus),Z-2和H-3鉴定为枯草芽孢杆菌(B.subtilis),其所产CMCase酶学活性分别为977.92 U/mL、1 089.79 U/mL和1 538.44 U/mL.所产纤维素酶最适反应温度为50℃,最适pH值范围为pH4～5,该纤维素酶可被Ag+、Co2+和Mg2+离子激活,也可被一定浓度的Tris-100和甲醇激活.经浓度为1.5 mol/L的NaCl处理4 h后,其酶活力仍剩余56.34％以上.结论B.methylotrophicus Z-1,B.subtilis Z-2以及B.subtilis H-3为纤维素酶高产菌株,其所产纤维素酶耐热、耐酸、耐盐,并可被部分金属离子和有机物质所激活,具有潜在的开发价值.

[背景]以聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯 (PBAT) 为主要成分的塑料地膜虽然是生物可降解的地膜,但是关于该塑料地膜降解的微生物菌群研究却较少.[目的]拟从不同环境样品中筛选可降解PBAT塑料地膜的微生物菌群.通过对其多次富集的菌群群落结构演替进行分析,明晰可降解PBAT塑料地膜的核心微生物.[方法]利用改良的SM无机盐培养基从不同环境样品中筛选可降解PBAT塑料地膜的微生物菌群;利用失重法测定菌群对PBAT塑料地膜降解的效率;利用16SrRNA基因高通量测序技术对其第5批次 (G5) 至第9批次 (G9) 富集的降解菌群的群落结构进行深入探讨;通过Pearson相关性分析方法对菌群不同菌属相对丰度变化和PBAT塑料地膜降解时间进行解析.[结果]从广州金发堆肥厂的堆肥样品中筛选到可完全降解PBAT塑料地膜的菌群,编号为SX.通过连续不断的转接富集,菌群SX对PBAT塑料地膜的降解速率显著提升.16SrRNA基因高通量测序结果显示第5批次 (G5) 至第9批次 (G9) 富集的PBAT塑料地膜降解菌群,厚壁菌门 (Firmicutes) 的相对丰度逐渐下降,而放线菌门 (Actinobacteria) 的相对丰度逐渐上升.硫磺色节杆菌 (Arthrobactersulfureus) 、红螺菌科 (Rhodospirillaceae) 和噬几丁质菌科 (Chitinophagaceae) 在随着转接富集过程中相对丰度逐渐升高而芽孢杆菌 (Bacillussp.) 的相对丰度显著降低.通过统计分析发现硫磺色节杆菌 (Arthrobacter sulfureus) 相对丰度升高与PBAT塑料地膜降解时间缩短显著相关 (r=–0.927,P＜0.05).[结论]筛选到PBAT塑料地膜高效降解菌群SX.通过连续不断的转接富集,菌群SX对PBAT塑料地膜的降解时间由28 d (第5批次,G5) 降低到13 d (第9批次,G9).通过对菌群群落结构的研究,发现随着菌群降解效率的提高,硫磺色节杆菌的所占相对丰度显著增加,说明其可能在PBAT塑料降解中发挥着关键作用.本研究为PBAT塑料地膜的降解提供了绿色高效环保的新途径和菌株资源,并为PBAT塑料地膜降解的机制研究奠定了基础.

[背景]通过实施多轮次微生物采油,华北油藏产出液菌浓达到了106个/mL以上,油藏内部已经形成了较稳定的微生物发酵场,从其中筛选出能够乳化降解原油的微生物,并在地面对其进行扩大培养,然后再应用到微驱油藏,以进一步提高微生物采油实施效果.[目的]筛选乳化降解原油性能良好的菌株,对其进行多相分类学鉴定和性能评价.[方法]利用原油为底物筛选乳化降解性能良好的菌株,通过形态特征观察、生理生化测定、16S rRNA基因序列分析等确定菌株的分类地位.通过乳化能力、降解率等方法确定菌株的原油乳化降解特性.[结果]从华北油田采集的地层水样品中分离得到一株乳化原油的菌株BLG74,经多相分类鉴定表明其是土壤堆肥芽孢杆菌(Compostibacillus humi)的新菌株,亲源性99.6％.该菌株的生长温度为30-60℃(最适温度45℃),pH 6.5-9.5(最适pH 7.0),NaCl浓度0％-7％(质量体积比).菌株BLG74在玉米浆培养基中培养,其发酵液的表面张力为56.3 mN/m,乳化力约95％,在初始原油质量浓度0.5％、温度45℃的条件下培养20 d,对原油的降解率可达40.8％.[结论]菌株BLG74是可乳化降解原油的新成员,其在热盐条件下乳化降解原油的特性在石油开采中有一定的潜力.

以猪粪和小麦秸秆做堆肥试验,处理组添加外源微生物菌剂,利用常规方法对堆肥样品进行理化性状测定,采用高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落特征.理化性状测定结果表明:添加外源菌剂可延长堆肥高温时间,降低堆肥发酵末期的pH,增加全氮含量,加快C/N的下降.主成分分析表明:外源菌剂影响堆肥样品细菌群落的稳定性.门分类水平上,厚壁菌门、变形菌门和绿弯菌门的相对丰度在处理组中较高;纲分类水平上,梭状芽孢杆菌纲、α-变形菌纲和γ-变形菌纲在处理组的升温期和高温期相对丰度增加;科分类水平上,小单孢菌科和梭状芽孢杆菌纲的消化链球菌科、梭菌科以及盐厌氧菌科的相对丰度在处理组的升温期和高温期均呈上升趋势.Pearson相关性分析表明,盐胞菌属与外源菌剂呈显著正相关,而氨苄芽孢杆菌属与外源菌剂呈显著负相关.研究表明,猪粪堆肥中添加外源菌剂可使堆肥的理化性质和细菌群落结构均发生显著变化.

为获得在餐厨废弃物堆肥过程中可以减少硫化氢排放的微生物.将餐厨废弃物堆肥进行富集,筛选及鉴定,初步判定菌属,将脱硫菌分别进行培养条件优化的单因素试验,以确定最佳除臭培养条件.结果显示,筛选出的两株脱硫菌分别为KW6和KSW8,KW6属于芽孢杆菌属,KSW8属于根瘤菌属.KW6在培养温度为30℃、pH为7.5、接种量为12％ 的时候硫化氢去除率最高,分别为83.5％、65.3％ 和73.8％;KSW8在培养温度为35℃时,pH为6.5、接种量为20％ 的时候硫化氢去除率最高,分别为85.8％、75.8％ 和72.4％.KW6和KSW8与CK相比分别使硫化氢释放量平均降低了28.83％ 和50.08％,KW6最佳除臭培养条件为温度30℃、pH为7.5、接种量为12％;KSW8最佳除臭培养条件为温度35℃、pH为6.5、接种量为20％.

目的:本研究通过对高温蛋白质降解菌的富集培养、筛选与分离,旨在为鸡粪资源的合理利用,生产高质量的有机肥料奠定基础.方法:通过在高温条件下对高效降解蛋白质的高温菌种进行富集培养、纯化与分离.结果:分离得到24株高温高效降解蛋白质菌株,经鉴定其分别属于短短芽孢杆菌属(Brevibacillus spp.)、嗜热芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、假黄单孢菌(Pseudoxanthomonas spp.)等8种菌属.将制备的复合菌液接种于鸡粪中发现,实验组升温速率明显快于对照组,在发酵后16h左右到达高温阶段,比空白组提前将近8h,且加入耐高温蛋白质降解菌的FJ3组,高温期比空白组延长24 h左右,持续时间长达56 h;发酵过程pH值比空白组下降较快,pH值最低到5.5左右;物料的含水率从65％降至20％左右,N、P、K等营养元素所占比例有所增加,且发酵产物质地松散、柔软,带有较浓的酸香味.结论:实验表明添加外源高温降解蛋白质菌株,能够减少鸡粪发酵产生的恶臭,活化养分,提高堆肥效果,对鸡粪便的处理有重要意义.

[背景]土壤中的反硝化作用形成气态产物N2O和N2,会导致氮素的气态损失,并造成温室效应.硫化物对土壤的N2O还原具有抑制作用,但其对菌群和功能基因的影响机制还不清楚.[目的]研究有无外加碳源情况下,硫化物对反硝化作用中间产物(NO、N2O)的积累、反硝化功能基因(narG、nirS、nirK和nosZ)表达量以及菌群结构的影响.[方法]分别设置不同量葡萄糖(0和1 000 mg-C/kg干重土壤)和硫化钠(0和150 mg-S/kg干重土壤)添加的交叉处理,进行室内微宇宙培养实验,利用自动化培养与实时气体检测系统检测培养过程中NO、N2O和N2的积累量,通过反转录定量PCR测定反硝化功能基因表达量,利用MiSeq技术平台基于16S rRNA基因序列的高通量测序分析样品的菌群结构.[结果]硫化钠的添加显著抑制N2O还原,但是其对于N2O积累量没有显著影响,却显著降低了NO的积累量.硫化钠的添加短时间内在转录水平上显著抑制N2O还原酶的活性,并且抑制固氮弧菌属(Azoarcus)、微枝形杆菌属(Microvirga)、剑菌属(Ensifer)、氮氢单胞菌属(Azohydromonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、斯科曼氏球菌属(Skermanella)、申氏杆菌属(Shinella)和西索恩氏菌属(Chthoniobacter)的基因转录,降低它们的转录本丰度,结合Kyoto Encyclopedia of Genesand Genomes (KEGG)数据库的查询结果,发现硫化钠的添加抑制了不产生N2O的N2O还原反硝化细菌的生长.[结论]堆肥或其他原因引起的土壤硫化物增加,导致反硝化过程N2O还原被抑制的原因是由于其对氧化亚氮基因转录的抑制和对不同反硝化菌的选择作用,研究结果有助于认识硫化物对氮代谢影响的微生物机制.

[背景]市政污泥堆肥过程中大量释放的含硫臭气不仅会污染周围环境,也会降低堆肥质量.生物脱硫除臭技术具有效率高、无二次污染等优点,但目前研究较多的中常温硫氧化菌在堆肥高温环境中易失活,而耐高温菌的研究较少,其在高温条件下的脱硫性能有待进一步探究.[目的]筛选并鉴定耐高温硫氧化菌株,研究并优化硫氧化的环境条件,为该菌在堆肥脱硫除臭方面的应用提供理论基础.[方法]利用含硫化物的选择性培养基从污泥堆肥物料中筛选纯化耐高温菌株,从表观形态观察、生理生化分析和16S rRNA基因序列分析的角度确定其种属地位,结合单因素分析和正交试验优化影响菌株硫氧化作用和生长能力的环境条件,并用Logistic模型拟合该菌的生长动力学曲线.[结果]筛选出一株耐高温硫氧化菌LYH-1,初步鉴定为爱媛类芽孢杆菌(Paenibacillus ehimensis),该菌的16S rRNA基因序列GenBank登录号为MW659161.优化后的最佳硫氧化条件为温度50℃、pH 7.5、接种量5％,此时硫酸盐的生成量可达到86.89 mg/L、生成率为36.20％.优化后的最佳生长条件为温度50℃、pH 8.0、接种量5％,此时的OD420可达到0.520;同时在该生长条件下拟合菌株的生长动力学,得到最大比生长速率μm为0.3042 h-1.[结论]爱媛类芽孢杆菌LYH-1具有较强的硫氧化能力和环境抗逆性,这为生物脱硫研究领域提供了新的菌种资源,也为污泥堆肥高温期的含硫臭气控制提供了一定的理论支持.