农业废物好氧堆肥过程中物化参数对放线菌种群的影响

摘要

堆肥技术已经在农业废物处理方面得到了广泛的应用，并在一定程度上使农业固体废物减量化、无害化、资源化，但是木质素的降解效率低仍然是一个亟待解决的问题，放线菌对木质素的降解有着不容忽视的作用，所以，研究放线菌种群与堆肥过程中物化参数的对应关系具有重要的实际意义。本研究从农业固体废物堆肥样品中提取总DNA，采用放线菌特异性引物F243/R1378进行PCR扩增，再以扩增的产物为模板，采用引物GC-F984/R1378进行第二轮扩增获得适合DGGE的DNA片段，采用DGGE技术对获得的放线菌16S rDNA进行电泳分离。应用QuantityOne2.0软件处理放线菌的DGGE指纹图谱获得农业废物垃圾堆肥过程中放线菌种群多样性的信息。DGGE图谱显示，在堆肥初期放线菌种类迅速增加;堆肥中期放线菌种类基本保持不变，优势菌明显;堆肥后期，放线菌种类逐渐增多，种群均匀度较高，各种群丰度差异不大。
　　 采用Real-time qPCR对放线菌数量进行监测，所用引物为F984/R1378。结果表明，放线菌在农业固体废物堆肥过程中，在数量上呈“升高-降低-升高”的规律。
　　 为了检验哪些堆肥物化参数或组合能够在一定程度上解释堆肥样品中放线菌种群的变化。用Canoco4.5软件对种群数据和物化参数(含水率、水溶性有机碳(WSC)、C/N、环境温度、堆体温度、pH、水溶性氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N》进行冗余分析(redundancy analysis，RDA)，做出样点、物化参数的二维排序图。冗余分析结果表明，8个物化参数与放线菌前两个排序轴的相关性大小依次为:含水率＞WSC＞pH＞硝态氮＞铵态氮＞C/N＞堆体温度＞环境温度。其中，含水率和WSC达到了极显著水平(P＜0.01)，pH则为显著相关(P＜0.05)。
　　 为了考察物化参数与放线菌16S rDNA基因数之间的相关性。应用SPSS软件对物化参数和放线菌16S rDNA的基因数做回归分析，并作出回归直线与散点分布图。结果表明，含水率与放线菌16S rDNA基因数呈线性负相关(R2=0.450，P＜0.01);这些物化参数的有效调控对充分发挥放线菌在农业固体堆肥中的作用有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 农业废物概述

1．2 堆肥化

1．2．1 堆肥化原理

1．2．2 堆肥工艺流程

1．2．3 堆肥中微生物的变化

1．3 PCR-DGGE和Real-time qPCR技术

1．3．1 PCR技术

1．3．2 DGGE技术

1．3．3 PCR-DGGE的应用

1．3．4 Real-time qPCR技术原理与数学原理

1．3．5 qPCR技术的发展与应用

1．4 放线菌的研究进展

1．5 多元分析方法

1．5．1 排序分析

1．5．2 排序模型

1．5．3 回归分析

1．5．4 主成分分析(PCA)

1．5．5 冗余分析(RDA)

1．5．6 除趋势对应分析(DCA)

1．5．7 典范对应分析(CCA)

1．6 本课题主要研究内容及意义

第2章 农业废物好氧堆肥中物化参数的变化

2．1 实验材料

2．2 实验仪器设备、试剂

2．2．1 仪器设备

2．2．2 实验器皿及试剂

2．3 实验方法

2．3．1 实验准备

2．3．2 理化参数的测定方法

2．4 结果与讨论

2．4．1 环境温度与堆体温度

2．4．2 pH与C／N

2．4．3 含水率与WSC

2．4．4 水溶性硝态氮和铵态氮

2．5 小结

第3章 物化参数对放线菌群落结构的影响

3．1 仪器设备

3．2 主要试剂

3．3 实验方法

3．3．1 堆肥样品的预处理

3．3．2 堆肥样品DNA的提取

3．3．3 DNA的纯化

3．3．4 琼脂糖凝胶电泳

3．3．5 PCR扩增

3．3．6 DGGE

3．3．7 Real-time qPCR

3．4 数据处理方法

3．5 DNA提取和PCR-DGGE效果

3．5．1 DNA提取效果检测

3．5．2 PCR结果

3．5．3 DGGE指纹图谱

3．6 Real-time qPCR结果

3．7 冗余分析(RDA1)

3．7．1 基于所有物化参数的RDA分析

3．7．2 手动选择RDA(RDA2)

3．7．3 回归分析

3．8 讨论

3．9 小结

第4章 结论与展望

参考文献

附录A 攻读硕士期间发表的学术论文目录

致谢