好氧堆肥中amoA硝化细菌群落动态变化

为减少堆肥氮素损失,优化堆肥工艺,以牛粪和玉米秸秆为材料进行高温好氧堆肥,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和产物序列分析法,研究了堆肥不同阶段amoA硝化细菌群落结构组成和多样性的动态变化及与堆肥理化因子的相关性。结果表明:经高温期amoA硝化细菌类群发生明显演替,降温期检测到前期不存在的硝化类群,属于β-变形菌纲(β-Proteobacteria)中的亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)。堆肥过程始终存在的优势菌群属于β-变形菌(β-Proteobacteria)中的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和不可培养细菌(Uncultured bacteria)。堆肥不同时期amoA硝化细菌多样性指数发生变化,升温至高温期减小,降温期增大,腐熟期减小。冗余分析(RDA)结果表明,铵态氮含量和温度与amoA硝化细菌群落结构组成显著相关(P0.05),是影响其动态变化的关键理化因子。     

牛粪堆肥高温期氨氧化古菌与氨氧化细菌的多样性分析

堆肥化过程中,氨氧化微生物对堆肥原料的氮素转化和氮损失影响重大。为了分析牛粪堆肥高温期微生物的多样性,研究以氨单加氧酶基因（帆胡）为标记,分析了牛粪堆肥高温阶段氨氧化古菌（Ammonia-OxidizingArchaea,AOA）和氨氧化细菌（Ammonia-OxidizingBacteria,AOB）菌群多样性。结果表明,在AOB类群中,亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和亚硝化螺菌属（Nitrosospira）克隆子数量分别占整个克隆文库的59．3％和40．7％,它们是堆肥高温期的优势氨氧化细菌,但是Nitrosomonas的数量比Nitrosospira更占优势。在AOA群落中,soil／sediment菌群占据绝对数量优势,其克隆子数量占AOA文库的94．2％,sea／sediment菌群仅占5．8％。     

基于高通量测序分析牛粪堆肥中细菌群落动态变化

文章以奶牛粪便和玉米秸秆作好氧堆肥,堆肥持续36 d。采用16S rRNA基因高通量测序技术分析堆肥过程中细菌群落特征,通过Alpha多样性分析、样本层级聚类分析和距离热图(Heatmap)分析,结果表明,堆肥过程中细菌群落结构发生显著变化。门分类水平细菌群落结构分析表明,变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)在堆肥前期和高温期相对丰度较高,酸酐菌门(Acidobacteria)在堆肥后期相对丰度较高;属分类水平细菌群落结构分析表明,在堆肥初始阶段各属相对丰度相近,环脂酸芽孢杆菌属(Tumebacillus)在堆肥升温期占优势,肠杆菌属(Enterobacter)、未命名细菌(norank_c_OPB54)和玫瑰弯菌属(Roseiflexus)为堆肥高温期优势类群,类似芽球菌属(Blastocatella)出现在堆肥高温期末期,在降温期和腐熟期成为优势菌属。Spearman相关性分析表明,除肠杆菌属(Enterobacter)、未命名细菌(norank_c_OPB54)、假黄色单胞菌属(Pseudoxanthomonas)外剩余11个属均与含水率、有机物降解率、C/N和NH_4~+-N/NO_3~--N之间呈显著相关,肠杆菌属与pH呈极显著正相关(P0.001),未命名细菌(norank_c_OPB54)与温度呈极显著正相关(P0.001)。研究表明,在牛粪堆肥期间细菌群落结构发生显著变化,细菌群落结构变化与堆肥理化因子存在相关关系。     

牛粪好氧堆肥中真菌群落组成的动态特征

采用高通量测序技术,探究牛粪堆肥过程中真菌群落时空动态变化、营养型及理化参数对真菌群落结构组成影响。结果表明,牛粪堆肥中未分类子囊菌门(Ascomycota)在升温期相对丰度最高,鬼伞属(Coprinus)和Guehomyces为高温期优势菌群,未分类子囊菌门为降温期优势菌属,未分类散囊菌目(Eurotiales)和Zopfiella为腐熟期优势菌群。在空间层次上,Guehomyces和未分类散囊菌目为上层和中层优势菌群,鬼伞属(Coprinus)和Zopfiella为下层优势菌群。在牛粪堆肥过程中腐生真菌相对丰度逐渐升高,堆肥下层相对丰度高于上、下两层。冗余分析(RDA)表明,含水率和温度对真菌群落结构变化影响显著(P0.05)。牛粪堆肥过程中真菌群落结构组成在不同时期和空间上均存在差异,堆肥内真菌群落多数为腐生营养型,真菌群落结构变化与理化因子相关。     

枣树棉花间作与单作土壤氨氧化细菌amoA基因多样性的比较与分析

以编码氨单加氧酶基因amoA作为氨氧化细菌的功能基因标志物,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)和扩增产物序列分析方法,研究南疆枣树与棉花间作和单作不同栽培模式下土壤氨氧化细菌群落结构和多样性差异以及与土壤理化因子的相关性。结果表明,枣树与棉花间作改变了土壤氨氧化细菌群落结构组成,与纯枣林、单作棉田差异显著,相似性低于60%。间作复合系统内冠下区、近冠区及不同层次的土壤中氨氧化细菌群落结构具有水平和垂直方向的空间变异性。系统发育分析表明,枣树与棉花间作、纯枣林和单作棉田土壤中氨氧化细菌均隶属于β-变形菌纲(β-Proteobacteria)的亚硝化螺菌属(Nitrosospira)和不可培养的氨氧化细菌,以Nitrosospiracluster 3a为优势菌。间作土壤中还有cluster 3b、cluster 1和cluster 4,群落组成较单作丰富。典范对应分析结果显示,有机碳(TOC)、全磷(TP)、速效磷(RP)和硝态氮(NO3-N)含量对不同种植模式下氨氧化细菌的种群结构影响显著(P<0.05)。枣树与棉花间作显著提高了土壤氨氧化细菌的多样性,Shannon指数、均匀度指数和丰富度均高于纯枣林和单作棉田。土壤全磷、铵态氮、硝态氮、pH值和土壤含水量是显著影响多样性指数的关键理化因子(P<0.05)。     

不同商品发酵菌剂对牛粪堆肥微生物群落的影响

为探究不同市售发酵菌剂对堆肥微生物群落结构的影响,以牛粪为堆肥原料,采用传统堆肥方法和高通量测序技术,添加4种不同商品发酵菌剂进行高温发酵,分析堆肥过程中温度的变化规律和堆肥结束后真菌、细菌、放线菌群落的结构特征。结果表明,添加4种发酵菌剂均可以有效提高堆肥温度,其中菌剂C处理组的堆肥温度增速最快且高温持续时间最长,在堆肥3 d时,堆肥温度达到54℃,整个堆肥过程的平均温度较对照组增加了6.33℃,明显促进了牛粪发酵的进程。通过α多样性、样本层级聚类分析和距离热图分析发现,牛粪堆肥的真菌群落中子囊菌门占主导地位,相对丰度达59.36%;曲霉菌属、毕赤酵母属、马拉色霉菌属、链格孢菌属、镰刀菌属为优势属;与对照组相比,添加4种发酵菌剂均显著降低了堆肥中节担菌属的相对丰度,也在一定程度上降低了堆肥的细菌、放线菌群落中厚壁菌门、拟杆菌门的相对丰度,以菌剂C的效果最佳,其相对丰度约显著下降了14百分点,有效降低了堆肥过程中甲烷排放的风险。     

纳帕海农田土壤氨氧化细菌的群落结构

为弄清不同季节纳帕海农田土壤氨氧化细菌群落结构的变化特征,选取代表性农田于干季和湿季采用梅花点法选取上(0~20cm)、下(20~40cm)两层土壤,结合环境因子探讨其对氨氧化细菌群落结构的影响。提取土壤总DNA,对amoA基因进行特异性扩增和高通量测序,并结合冗余分析法分析氨氧化细菌群落结构组成、丰度及其与土壤环境因子的关系,确定主要环境因子。结果表明:农田土壤有机质、全氮、水解性氮、速效磷、速效钾及硝态氮含量在湿季上层土壤中均最高,分别为70.79g/kg、2.90g/kg、389.04mg/kg、78.84mg/kg、768.92mg/kg和49.04mg/kg;干季上层土壤全磷和全钾含量为最高,分别为1.33g/kg和15.13g/kg。经高通量测序,亚硝化螺菌属(Nitrosospira)为农田土壤氨氧化细菌的优势菌属,Nitrosospira-sp.-Nsp2和uncultured-Nitrosospira-sp.为主要优势氨氧化细菌,土壤氨氧化细菌多样性表现为干季上层湿季上层湿季下层干季下层。结合冗余分析,影响干季农田上层土壤氨氧化细菌群落结构的主要环境因子及影响程度分别为速效磷全氮亚硝态氮,对于干季下层土壤则是铵态氮亚硝态氮全钾硝态氮全磷;湿季土壤氨氧化细菌群落结构明显受多种环境因子的综合影响。     

接种菌剂对牛粪堆肥反硝化细菌群落的影响

将具有木质纤维素降解能力的菌剂,接种到以牛粪和水稻秸秆为材料的堆肥中,通过测定温度、p H、C/N、种子发芽率、NH+4-N、NO-3-N相关指标,考察了接种菌剂堆肥和自然堆肥的腐熟情况;采用传统培养与PCR-DGGE技术相结合的方法 ,研究了接种菌剂对牛粪堆肥中反硝化细菌数量及nos Z-反硝化细菌群落结构多样性的影响。结果表明:两种堆肥都已完全腐熟,达到无害化标准,且接种菌剂堆肥更利于有机质分解,腐熟度更好;接种菌剂使可培养的反硝化细菌数量减少,nos Z-反硝化细菌多样性增加;自然堆肥中样品间相似性在50%~75%之间,接种菌剂堆肥样品间相似性在27%~76%之间,接种菌剂加快了反硝化细菌群落的演替。堆肥中nos Z-反硝化细菌包括γ-变形菌纲(γ-proteobacteria)、β-变形菌纲(β-proteobacteria)、未培养细菌(Uncultured bacteria)和α-变形菌纲(α-proteobacteria);接种菌剂堆肥中检测到自然堆肥不存在的反硝化细菌类群,这些类群分别属于盐单胞菌属(Halomonas)、固氮螺菌属(Azospirillum)、副球菌属(Paracoccus)、草螺菌属(Herbaspirillum)和产碱菌属(Alcaligenes),其中,产碱菌属、副球菌属中某些菌株的反硝化终产物为N2,减少了温室气体N2O的排放。     

牛粪堆肥中反硝化细菌与理化参数的关系

以nos Z基因为标记,应用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳法(PCR-DGGE)对牛粪堆肥过程中反硝化细菌群落结构进行研究,通过冗余分析(Redundancy analysis,RDA)法,分析反硝化细菌群落结构变化与堆肥过程中理化参数(堆体温度、pH、含水率、氨态氮和硝态氮)之间的关系。结果表明,反硝化细菌群落的Shannon-Weaver指数在堆肥0~4 d升高,在7~29 d减小。对优势条带进行测序发现Alcaligenes存在于整个堆肥过程中,判定其为此过程中优势菌属。反硝化细菌群落结构在堆肥前期(0~4 d)变化较小,而在降温腐熟期(23~29 d)变化剧烈。皮尔逊相关系数分析表明,反硝化细菌群落多样性与含水率呈极显著正相关关系(r=0.960,P0.01),与温度呈显著正相关关系(r=0.766,P0.05)。     

牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌分子生物学检测

研究利用PCR-DGGE方法对堆肥中厌氧氨氧化菌16S r RNA基因特异扩增,检测堆肥厌氧氨氧化菌种属及多样性水平。结果表明,牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌群组成与海洋环境不同。海洋环境中Candidatus Scalindua属厌氧氨氧化菌为优势菌群,而牛粪堆肥中厌氧氨氧化菌中优势菌属为Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia和Candidatus Scalindua,多样性相对较高。可为堆肥发酵过程中厌氧氨氧化过程提供分子生物学依据。     

Microbial community dynamics during composting of animal manures contaminated with arsenic,copper,and oxytetracycline

Effects of the heavy metal copper(Cu), the metalloid arsenic(As), and the antibiotic oxytetracycline(OTC) on bacterial community structure and diversity during cow and pig manure composting were investigated. Eight treatments were applied, four to each manure type, namely cow manure with:(1) no additives(control),(2) addition of heavy metal and metalloid,(3) addition of OTC and(4) addition of OTC with heavy metal and metalloid; and pig manure with:(5) no additives(control),(6) addition of heavy metal and metalloid,(7) addition of OTC and(8) addition of OTC with heavy metal and metalloid. After 35 days of composting, according to the alpha diversity indices, the combination treatment(OTC with heavy metal and metalloid) in pig manure was less harmful to microbial diversity than the control or heavy metal and metalloid treatments. In cow manure, the treatment with heavy metal and metalloid was the most harmful to the microbial community, followed by the combination and OTC treatments. The OTC and combination treatments had negative effects on the relative abundance of microbes in cow manure composts. The dominant phyla in both manure composts included Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, and Proteobacteria. The microbial diversity relative abundance transformation was dependent on the composting time. Redundancy analysis(RDA) revealed that environmental parameters had the most influence on the bacterial communities. In conclusion, the composting process is the most sustainable technology for reducing heavy metal and metalloid impacts and antibiotic contamination in cow and pig manure. The physicochemical property variations in the manures had a significant effect on the microbial community during the composting process. This study provides an improved understanding of bacterial community composition and its changes during the composting process.     

南美白对虾养殖系统中氨氧化菌多样性研究

[目的]为解决养殖水体的氨氮污染问题提供依据。[方法]研究南美白对虾养殖池塘底泥中的氨氧化菌的多样性和种群分布及其amoA基因的多样性,并与池塘周边土壤中的氨氧化菌群落结构进行比较。[结果]不同样品中氨氧化菌数量差异显著,其中池塘周边土壤中最多,达到4.5×105cfu/g,其次是池塘底泥和水体。来自土壤和底泥两个DNA样品均扩增到了预期长度(491 bp,517 bp)的amoA基因片段。底泥样品的DGGE条带数明显多于池塘周边土壤样品。土壤和底泥样品仅有1个共同的氨氧化菌种属,其序列与Nitrosospira sp.相似性达96%。池塘周边土壤的氨氧化菌种属序列与Nitrosospira sp.都有高度同源性。池塘底泥中Nitrosomonas sp.为氨氧化菌的优势菌群。[结论]构建的amoA基因克隆文库能较好反映南美白对虾养殖系统中氨氧化菌的多样性。     

牛粪堆肥过程中nosZ型反硝化细菌动态变化

采用高通量测序技术,研究牛粪堆肥过程中不同时期与不同深度的nosZ型反硝化细菌群落组成的动态变化与多样性,并通过冗余分析(Redundancy analysis, RDA)和Spearman相关性分析,揭示了堆肥过程中nosZ型反硝化细菌与理化指标之间的相关关系。结果表明,堆肥不同时期nosZ型反硝化细菌群落结构差异显著,反硝化细菌群落多样性和丰富度均呈先降低后升高的趋势,在堆肥降温期不同深度的反硝化细菌群落结构和多样性指数差异显著。此外,理化因素显著影响堆肥反硝化菌群的群落结构与多样性,螯台球菌属(Chelatococcus)与温度呈极显著正相关(P0.01),Polymorphum与硝态氮呈极显著正相关(P0.01),生根瘤菌属(Mesorhizobium)与含水率和C/N呈极显著负相关(P0.01)。反硝化细菌的多样性与温度、pH、氨态氮呈极显著负相关(P0.01),与硝态氮呈极显著正相关(P0.01)。反硝化细菌的丰富度与温度呈极显著负相关(P0.01)。综上所述,堆肥时间和深度均为影响nosZ型反硝化细菌群落结构的重要因素,且该菌群群落结构变化受理化因子的显著影响。     

家畜粪便好氧堆肥中主要微生物类群分析

以牛粪、猪粪和玉米秸秆为堆肥原料,添加不同调理剂,在自制的强制通风静态垛堆肥反应器中进行堆肥试验,研究不同处理的微生物变化规律。各处理在堆肥过程中的微生物总数呈波浪型的变化,其中细菌的数量变化类似于微生物总数的变化;真菌的数量变化呈现一条类似于"W"型曲线;放线菌一直呈下降趋势。牛粪和猪粪处理分别添加果园粘土和炉渣对堆肥过程中的微生物影响大,添加果园粘土能够增加微生物总数。堆肥处理中细菌是优势种群,Bacillus sp.和Aspergillus sp.是优势种。家畜粪便的粪大肠菌值在堆肥末期第39天以后达到GB规定的标准。     

饲料油菜作绿肥对后茬麦田土壤肥力及细菌群落的影响

【目的】探讨黄土高原旱地麦后复种饲料油菜还田对后茬麦田土壤养分、酶活性及细菌群落的影响,为改善农田地力提供依据。【方法】设置饲料油菜播量（S1：小播量;S2：中播量;S3：大播量）和还田时期（D1：早期还田9月10日;D2：中期还田9月20日;D3：晚期还田9月30日）二因素试验,以常规农户复种夏玉米模式为对照,比较后茬麦田土壤养分及酶活性变化,并采用16S rRNA 基因Illumina MiSeq高通量测序技术和PICRUSt基因预测分析方法,比较后茬麦田耕层土壤细菌群落结构、多样性及代谢功能变化。【结果】与常规农户模式相比,饲料油菜还田可不同程度提升土壤养分及酶活性,其中有机质含量和蔗糖酶活性的提升范围最大,分别为11.73%—60.5% 和1.4%—94.5%;饲料油菜播量显著影响土壤养分和酶活性,还田时期显著影响土壤有机质含量和蔗糖酶活性,二者间互作效应显著影响碱性磷酸酶活性;播量、还田时期及其互作效应均显著影响细菌群落多样性;大播量晚期还田处理（S3D3）在所有指标中均表现最优。细菌群落组成方面,门水平上10个土壤样品共得到19个类群,其中优势菌群为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门和厚壁菌门;聚类结果显示,10个处理可聚为大播量、中播量、小播量和常规农户模式4类,表明不同播量油菜还田明显改变了土壤细菌群落构成。RDA分析表明,土壤养分、酶活性与细菌群落多样性密切相关。PICRUSt功能预测表明,土壤细菌群落具有丰富的代谢功能,其中编码新陈代谢的基因具有明显优势;二级预测功能分类中,氨基酸代谢、碳水化合物代谢和能量代谢是主要代谢功能路径。KEGG直系同源基因簇KO（KEGG orthologous groups）丰度热图结果表明,油菜还田增加了与土壤碳、氮代谢相关的细菌群落。【结论】合理复种饲料油菜并还田可提高后茬麦田土壤养分含量及酶活性,并有效改善细菌群落多样性,增加土壤有益菌群落数量。夏闲期引入饲料油菜作绿肥对提高黄土高原旱地麦田土壤肥力以及合理农作非常有利。