整合宏組學(xué)分析畜禽廢棄物發(fā)酵過程中微生物群落的動(dòng)態(tài)變化.pdf

1、中國作為農(nóng)牧業(yè)大國，畜禽廢棄物是三大主要的廢棄物之一，其污染性，危害性之大，引起人們的高度重視。特別是抗藥菌與抗生素抗性基因及其傳播網(wǎng)絡(luò)已成為潛在的臨床威脅。本文基于整合宏組學(xué)技術(shù)，以兩種輔料混合雞糞堆肥，探究了其微生物組成、演替、以及其胞外功能酶系的動(dòng)態(tài)變化過程，通過優(yōu)化堆肥過程參數(shù)與工藝條件，試圖實(shí)現(xiàn)耐藥微生物的消減控制，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化畜禽廢棄物處理的減量化，無害化，和資源化。
　　本論文開展的主要研究工作如下:
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2、1)完成山東省部分地區(qū)生物質(zhì)固體廢棄物種類及處理過程的調(diào)研
　　調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多數(shù)堆肥企業(yè)采取傳統(tǒng)的堆肥工藝，并不關(guān)注抗生素、抗藥微生物及耐藥基因的檢測(cè)分析，這是當(dāng)前畜禽廢棄物處理面臨的普遍問題。傳統(tǒng)的條堆堆肥工藝未引入機(jī)械化過程，不僅占地面積大，氣味明顯，而且耗時(shí)較長(zhǎng)，無法高效處理畜禽糞污。有的堆肥企業(yè)添加微生物菌劑，但由于缺乏技術(shù)支持，因此盲目性大。因此，采用整合宏組學(xué)技術(shù)，分析畜禽糞污中微生物區(qū)系的動(dòng)態(tài)變化，關(guān)注致病微生物種群，

3、從而提出合理的優(yōu)化方案，將蘑菇渣或者糖渣作為輔料添加其中，優(yōu)化工藝，提高工業(yè)化效率。
　　(2)雞糞混合金針菇渣堆肥條件優(yōu)化策略初探
　　整合宏組學(xué)研究表明，宏蛋白質(zhì)組檢測(cè)相比于宏基因組檢測(cè)可以更快的反應(yīng)生境中微生物菌群的變化規(guī)律。由于雞糞金針菇渣混合原料含水量高，原有工藝翻堆頻繁，通氧過高，難以形成有效的發(fā)酵過程。優(yōu)化并減少翻堆頻次后，堆肥溫度能迅速提升，但未能達(dá)到60℃，因此含水率仍是限制性因素。基因組測(cè)序表明，細(xì)菌中變

4、形菌門的含量雖有所下降，但仍舊含有大量的致病微生物，因此未達(dá)到無害化處理的要求。整合宏組學(xué)分析表明，在堆肥后期高溫生境優(yōu)勢(shì)微生物是嗜熱絲孢菌，該菌可以在高溫環(huán)境環(huán)境中大量分泌木聚糖降解酶系，因此，原料復(fù)配過程中降低含水率，適時(shí)翻堆通氧，增加關(guān)鍵微生物促進(jìn)高溫期盡快到達(dá)60℃，從而實(shí)現(xiàn)無害化處理。
　　(3)利用功能宏蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)跟蹤分析雞糞木糖渣混合堆肥中微生物的演替過程
　　采用條堆堆肥工藝，雞糞與木糖渣混合堆肥，溫度上

5、升速度較慢，第7天才達(dá)到60℃，宏蛋白質(zhì)組分析表明，堆肥中的關(guān)鍵微生物群落（厚壁菌門，放線菌門）隨著溫度的升高逐漸成為主要的功能酶系產(chǎn)出菌群，而放線菌門的纖維素酶產(chǎn)出量大，推測(cè)混合木糖渣后有利于放線菌門的生長(zhǎng)，從而控制甚至拮抗耐藥菌的存在。進(jìn)一步優(yōu)化堆肥工藝，如翻堆通氧等有助于無害化過程的實(shí)現(xiàn);而發(fā)酵過程添加含水量較高的污泥不利于堆肥過程，不利于嗜熱微生物的形成和優(yōu)勢(shì)種群的建立。
　　(4)雞糞堆肥罐式發(fā)酵工藝優(yōu)化及混合木糖渣的二

6、次堆肥工藝探索
　　通過90m3發(fā)酵罐工藝優(yōu)化對(duì)雞糞快速除臭，降低含水率，宏基因組分析表明微生物種群以厚壁菌門為主，表明60℃以上高溫可以完成相關(guān)菌門如變形菌門中致病微生物的殺滅，而發(fā)酵后3天產(chǎn)物混合木糖渣，宏基因組分析表明微生物種群向著放線菌門快速演替，而宏蛋白質(zhì)分析也表明主要的關(guān)鍵酶系（纖維素酶，蛋白酶）主要來源于放線菌門，因此，通過兩步法，先進(jìn)行雞糞90m3罐式堆肥發(fā)酵，然后發(fā)酵產(chǎn)物混合木糖渣二次堆肥，可以完成在微生物種群有