<noframes id="frtzf"><form id="frtzf"></form>

<form id="frtzf"></form>
<address id="frtzf"><address id="frtzf"></address></address>

      <address id="frtzf"><listing id="frtzf"><meter id="frtzf"></meter></listing></address>

        合作文章COOPERATION ARTICLE

        工業化堆肥過程中微生物群落結構與溶解性有機質分子組成的關系

        來源:admin    發布時間:2021-03-01   閱讀數:289

        近日,福建農林大學資源與環境學院周順桂教授研究團隊和廣東省科學院生態環境與土壤研究所余震副研究員研究團隊聯合研究的成果刊登在國際頂尖期刊Journal of Hazardous Materials上,文章運用16S+代謝組研究方法對工業化堆肥過程中微生物群落結構與溶解性有機質分子組成的關系進行了研究,是一篇優秀的多組學聯合分析文章!

        本文通訊作者為廣東省科學院生態環境與土壤研究所余震副研究員,第一作者為車建剛博士后,美格基因有幸負責本研究的基因測序工作。以下是該文章主要研究成果的精彩解讀~


        Linking microbial community structure with molecular composition of dissolved organic matter during an industrial-scale composting

        工業化堆肥過程中微生物群落結構與溶解性有機質分子組成的關系


        工業化堆肥過程中微生物群落結構與溶解性有機質分子組成的關系


        作者:Jiangang Che 等

        期刊:Journal of Hazardous Materials

        時間:2020.10.15

        影響因子:9.038

        DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.124281

        方法:16S rRNA+代謝組


        文章摘要

        本研究通過代謝組學和16S rRNA序列分析研究了工業規模堆肥過程中溶解性有機質(DOM)與微生物群落結構的相互作用。結果表明,腐熟堆肥中的DOM主要含有木質素/富含羧基的脂環分子(73.6%),更高的雙鍵含量(5.97)和芳香度指數(0.18),表明DOM的分子組成發生了顯著變化。隨著堆肥DOM轉化過程的進行,微生物群落結構也發生了劇烈變化。網絡分析進一步表明棒狀桿菌,芽孢桿菌和脫氯單胞菌與大多數DOM亞類相關。棒狀桿菌可以降解碳水化合物,芽孢桿菌通過轉化含氮的化合物加速腐殖化,低氧低碳環境下,脫氯單胞菌可降解多環芳烴。這些研究結果有助于理解污泥堆肥中DOM轉化和腐殖化的分子機理。


        主要內容

        1.工業規模堆肥樣品中DOM的分子表征

        堆肥樣品中提取的DOM的分子組成如圖1。圖1a中分成幾個主要區域,表明了DOM中發現的7種化合物。DOM中的主要化合物隨著堆肥時間的延長發生了顯著變化。在第0天時,DOM主要包括脂肪族/蛋白類、木質素/羧基類脂環分子,在第45天時,DOM主要包括高O/C 、低H/C物質和丹寧酸。圖1b顯示了CHO、CHON、CHOS、CHONS的相對豐度。超過30%的亞類為CHON類化合物,其次為CHOS類化合物(25.7% ~ 33.4%)、CHO類化合物(24.0% ~ 28.7%)和少量CHONS類化合物(3.5% ~ 9.3%)。在堆肥過程中,CHO化合物的比例由28.7%下降到24.7%,明顯低于大型植物(79.9%)、太湖水(59.5%)和沉積物(57.4%)。在所有的DOM樣品中,CHON化合物是四個子類中最主要的組成部分。此現象表明很多含N的化合物在高溫期降解和生成可能是由于蛋白質的降解和形成,或取決于微生物活動產生的生物量。DOM中七種化合物的變化趨勢如圖1c。木質素類化合物的比例由53.3%增加到73.6%,脂類和脂族/蛋白質的比例分別從9.7%下降到2.2%,24.3%下降到9.1%。第45天的DOM樣本與第0天的相比,H/Cwa值變低,DBEwa 和AIwa值變高,表明腐熟堆肥中DOM與不飽和類和芳香類化合物有關。


        工業堆肥過程中DOM的組成變化
        圖1 工業堆肥過程中DOM的組成變化。


        2.工業規模堆肥過程中DOM降解和轉化的分子洞察

        圖中展示了堆肥后DOM中分解的化合物、不變的化合物和產生的化合物的分布情況(2a)。此現象表明,DOM中不同的O/C和H/C的成分極大地影響了有機物的降解。圖2c顯示了7個區域中分解的、不變的和產生的化合物的比例。在堆肥過程中,脂類、脂肪族/蛋白質和不飽和烴更容易分解,而木質素類化合物最難進行生物降解。堆肥的質量可以用堆肥過程中產生的化合物來表示。最豐富的產物是單寧(59%)、縮合芳烴(58%)、碳水化合物(47%)和木質素類化合物(38%)。這些生成的化合物的O/C比高于分解的化合物,表明堆肥后羧基物質有明顯改善。圖2d展示了四大類物質中分解的化合物、不變的化合物和產生的化合物所占的比例。CHO約50%以上的物質難降解,CHON中約50%的物質難降解,表明N礦化和C降解及組成之間可能存在相互作用。以上表明堆肥中添加抗性有機碳可以減少堆肥中氮的損失。


        第0天和第45天DOM成分的分子鑒定與比較
        圖2 第0天和第45天DOM成分的分子鑒定與比較


        3.工業堆肥過程種微生物群落的變化

        在本研究中,α多樣性各項指標在堆肥過程中顯著降低,說明腐熟堆肥中微生物群落的多樣性降低。圖3顯示了不同天數堆肥樣品的屬水平細菌的組成。原料中占優勢的細菌群落是十氯單胞菌,擬桿菌,桿狀芽孢桿菌和硝化菌。堆肥過程中細菌群落在屬水平上發生了明顯的變化。在第9天時,熱微菌屬、棲熱菌屬、棒狀桿菌為最豐富物種,熱微菌屬可分解蛋白質和氨基酸,棲熱菌屬能產生多種酶,并具在高溫階段有極強的穩定性,使得DOM的降解加快,棒狀桿菌也能有效降解有機物。第21天是,放線菌取代了棲熱菌屬,這一屬屬于嗜熱放線菌,能夠產生高度耐熱的木聚糖酶。Shannon指數顯示堆肥成熟期微生物群落多樣性低于前期,在此階段,馬杜拉放線菌屬、嗜冷桿菌屬和熱微菌屬為優勢物種,放線菌在成熟堆肥中起重要作用。與成熟期相比,堆肥前期的微生物多樣性變化較小,溫度變化使微生物群落結構更加穩定。這一現象說明堆肥具有自凈能力,可以清除無益微生物物種,創造新的功能性細菌群落,滿足原料生物降解的要求。


        堆肥過程中不同天數前15個屬水平細菌類群的相對豐度
        圖3 堆肥過程中不同天數前15個屬水平細菌類群的相對豐度


        4.細菌種類和DOM分子組成之間的相互作用

        在堆肥過程中,細菌種類和DOM分子組成發生了顯著變化。本研究中網絡圖分析顯示9個otu和1017個m/z離子具有較高的正相關系數(圖5a),10個OTUs和420 m/z離子具有較高的負相關系數(圖5b)。在正向網絡中,排名靠前的OTU與CHON有關聯,這些OTU與堆肥過程中第9天和第45天占優勢的細菌類群相對應,該細菌類群可有效降解有機物。在負向網絡中,大多數OTUS與高H/C比的CHO和CHOS化合物有關,排名靠前的OTU與堆肥過程中形成的細菌類群相對應,該細菌類群與DOM化合物的形成和降解有關。以上結果表明,細菌群落與DOM分子組成之間的相互作用導致了DOM化合物的形成和降解。


        網絡圖顯示了堆肥過程中微生物物種與四個DOM亞類之間的關聯
        圖4 網絡圖顯示了堆肥過程中微生物物種與四個DOM亞類之間的關聯



        圖5 正向網絡(A)和負向網絡(B)中的排名靠前OTUS與四個DOM亞類相關


        總  結

        本研究通過結合16SrRNA和 ESI FT-ICR MS,表明不同時期的關鍵細菌種類如何影響堆肥過程中DOM的組成,研究結果可為工業規模污泥堆肥提供理論和實踐指導意義。


        美格基因助力微生物組學研究

        在高通量測序的大力推動和快速發展下,微生物組學研究進入到了多組學聯合分析的時代。為更好滿足科研人員多組學聯合分析需求,美格基因基于科研需求及以往項目經驗,全新推出微生物組+代謝組聯合分析解決方案,克服單一組學研究局限性,多角度解釋科學問題!




        您可能還喜歡:

        厲害了!GeoChip+16s 助力河海佳作榮登榜!

        項目文章|美格基因微生物多組學聯合文章刊登ISME!



        分享到:
        彩票首页