现代分子技术在堆肥微生物研究中的应用

2015-04-10 15:32
商丘师范学院学报 2015年3期
关键词:堆体群落荧光

郭 艳

(商丘师范学院 生命科学学院, 河南 商丘 476000)

现代分子技术在堆肥微生物研究中的应用

郭 艳

(商丘师范学院 生命科学学院, 河南 商丘 476000)

堆肥微生物是实现固体废物资源化、无害化、减量化的执行者和实施者,成为当前的研究热点.了解堆肥过程中所有重要菌群的组成和演替规律是选育复合微生物菌剂、调控堆肥过程的基础.但是特定生境中大多数微生物处于“存活而不能培养”状态,随着现代分子生物学技术的发展,为堆肥微生物的研究提供了新的途径.本文综述了分子生物学技术在堆肥微生物研究中的应用进展情况,并对其发展前景进行了展望.

现代分子技术; 堆肥; 微生物

随着养殖业规模化、集约化程度越来越高,养殖场废弃物给环境造成的污染日益严重,目前,如何消纳数量巨大的养殖废弃物成为制约我国畜牧业发展的首要问题.堆肥作为固体废物资源化的有效途径[1-3],受到人们的关注.

堆肥的实质是微生物在适宜条件下的代谢作用[4],但是堆肥过程中复杂的微生物组成结构和更替规律,仅依赖常规的分离培养技术已不能满足现代研究的需要,而且非培养菌的存在也给堆肥微生物的研究提出了新的挑战.现代分子生物学技术的发展,弥补了传统方法的不足,为堆肥微生物的研究开辟了新的途径,也为堆肥复合菌系的选育和控制堆肥过程提供行之有效的手段.

目前,在以各种物料为底物进行堆肥的过程中,堆肥微生物都成为研究热点.本文就当前国内外对现代分子技术在堆肥微生物研究中的应用进展情况做个综述,并对其发展趋势作出展望.

1 16S /18S rRNA/DNA序列分析技术

rRNA是生物体细胞中最古老的分子之一,被称为分子系统学研究的“活化石”,常常作为研究科内、属内、种内间的分子系统演化及物种鉴别的重要分子标记.一般认为,rDNA在生物中是高度保守的,其编码区序列具有高度的同源性,在系统上主要用于属于系统学研究,而非编码区序列常用与种间及种下等级的系统学研究.

以16S /18S rRNA/DNA序列分析为基础的16S /18S rRNA/DNA分子标记技术无需培养微生物,不仅能对分子特性进行研究,而且能够用于数量检测和预测自然进化关系以及物种分类.现已被广泛应用到人畜动物胃肠道微生态、垃圾渗滤液、土壤微生物、病原菌检测、石油勘探等环境样品的研究中,在堆肥中的应用大大促进了人们对堆肥微生物的全面了解.

Yamamoto等[5]通过构建古生菌16S rRNA基因克隆文库对牛粪堆肥中的古生菌群落动态和氨氧化古菌进行了研究.结果表明产甲烷古菌和氨氧化古菌在整个堆肥过程中都是优势菌,在堆肥开始的前2 d主要包括Methanocorpusculum和Methanosarcina类似序列,而CandidatusNitrososphaera类似序列的数量从堆肥的第6 d至第30 d之间一直在增加,Methanosarcinathermophila类似序列从第2 d起成为优势菌种,说明M.thermophila菌种能够适应温度增加或营养损失的环境条件.通过对古生菌amoA基因的DGGE分析显示amoA基因序列99%同源于Nitrososphaeragargensis,而且从不同的堆肥厂的堆肥样品中均得到了相同的研究结果.这些研究数据说明氨氧化古菌在堆肥过程中起着重要的氨氧化作用.

Hayat等[6]为了研究细菌菌株的植物促生长活动和对小麦生长的积极作用,对水果和蔬菜废弃物堆肥中的细菌进行了分离和鉴定.对分离到的14个细菌菌株进行了纯化培养.另外为了研究其生化反应特征,对这14个细菌菌株分别进行了植物促生长特征检测,比如溶磷作用研究、nifH基因扩增、吲哚-3-醋酸量化分析,以及产物氨、氧化酶和过氧化氢酶分析.通过16S rRNA基因序列分析显示14个细菌菌株被认定为属于Bacillus,Lysinibacillus,Lysobacter,Staphylococcus,Enterobacter,PseudomonasandSerratia.分离到的细菌菌株都能够溶解磷酸三钙产生吲哚-3-醋酸,其中2株(RHC-8和RHC-13)溶解量最大,分别达到486 μg/ml 和和 464 μg/ml,分别被认定为是EnterobacteraerogenesandPseudomonasbrenneri.

Charbonneau等[7]从堆肥中分离得到了10个嗜热细菌菌株,通过16S rRNA基因的系统发育分析和生化特征研究认为属于4个属Geobacillusthermodenitrificans,Bacillussmithii,Ureibacillussuwonensis和Aneurinibacillusthermoaerophilus.

Xu等[8]运用定量PCR和常规PCR技术来评价染疫牛尸体堆肥化中牛和植物DNA的生物降解作用.堆体结构由16头牛尸体放置在40 cm厚的稻草上,然后覆盖160 cm饲养场粪便组成.于堆体80 cm和160 cm处采集堆肥样品分别命名为P80和P160,而DNA降解的评估在静态堆肥化的147 d和动态堆肥的180 d进行.尸体剩余的软组织样品在堆肥147 d的时候采集.从P80样品中得到171bp的牛线粒体DNA片段(Mt171)和138bp的植物二磷酸核酮糖羧化酶基因片段(Rub138)的拷贝数相对于最初的拷贝数分别减少79%和99%,而P160样品中,Mt171和Rub138的拷贝数分别减少20%和99%.327 d后,Mt171的降解增加到91%.与新鲜的组织样相比,在147 d剩余的组织样基因组DNA产量减少了99%.

Neher等[9]组织了3种不同碳源的堆体.堆体1是采用100%的牛粪和青贮饲料堆制,C∶N为17∶1,作为对照;堆体2是用干草作为碳源,牛粪和青贮饲料的体积比为3∶1,堆体的碳氮比为23∶1;堆体3是硬木树皮作为碳源,牛粪青贮饲料、硬木树皮、软木材刨花的体积比为5∶5∶3,堆体的碳氮比为34∶1.对从这3种堆肥中获得的细菌16S rRNA和真菌的18S rRNA基因片段进行高通量测序分析,发现细菌和真菌群落均存在于两种堆肥中.牛粪和干草堆肥中细菌群落含有大量的厚壁菌门细菌,而硬木树皮和干草堆肥中则存在大量的放线菌和芽单胞菌.牛粪青贮饲料堆体中的真菌以Pezizomycetes和Microascales为主,牛粪和干草堆肥中存在特有的真菌类群,包括Epicoccum,Thermomyces,Eurotium,Arthrobotrys和Myriococcum,而硬木树皮和干草堆肥中则存在大量的Sordariomycetes.

随着核酸数据库的不断补充和完善,16S /18S rRNA/DNA分子标记技术因其可对复杂环境微生物进行快速、微量、准确简便分类和检测的特点,将会在各个领域进行更广泛的应用.

2 分子杂交技术

分子杂交技术是一种最常用的现代分子生物学技术,是定性或定量检测特异RNA或DNA序列片段的有力工具,其原理是具有一定同源序列的两条核酸单链(DNA或RNA),在一定条件下按碱基互补配对原则经过退火处理,形成异质双链的过程.利用这一原理,就可以使用已知序列的单链核酸片段作为探针,去查找各种不同来源的基因组DNA分子中的同源基因或同源序列.用作探针的DNA或RNA片段常常用放射性同位素、生物素或荧光素进行标记.

核酸分子杂交技术按杂交中单链核酸所处的状态可分为液相、固相和原位3类.前二类方法都要求预先从细胞中分离并纯化杂交用的核酸.在液相分子杂交中,两种来源的核酸分子都处于溶液中,可以自由运动,其中一种常用同位素标记.在固相分子杂交中,一种核酸分子被固定在不溶性的介质上,另一种核酸分子则处在溶液中,两种介质中的核酸分子可以自由接触.常用的介质有硝酸纤维素滤膜、羟基磷灰石柱、琼脂和聚丙烯酰胺凝胶等.原位杂交实际上是固相杂交的另一种形式,杂交中的一种DNA处在未经抽提的染色体上,并在原来位置上被变性成单链,再和探针进行分子杂交.

2.1 探针杂交技术

核酸分子杂交技术在堆肥微生物的研究中已有应用.Hultman等[10]提出在构建的克隆文库中采用探针阴性筛选法可以减少测序的克隆子数目,节约测序费用,避免对已知微生物重复测序,加速对环境微生物的认知进程,而且他们指出这种方法特别适用于对环境样品中非优势菌的检测.Schloss等[11]采用16S rRNA基因探针对堆肥过程中的细菌群落的动态变化进行了研究.结果表明,假单胞菌属和低G+C含量的革兰氏阳性菌的特异性探针能够达到16%-87%的结合率.

2.2 荧光原位杂交

荧光原位杂交(Fluorescence in situ hybridization, FISH)是在放射性原位杂交技术上发展起来的一种非放射性原位杂交技术,通过利用标记的DNA或RNA探针直接与细胞、组织或染色体原位杂交和荧光显色,绕开了DNA提取和基因分离等步骤,可直接对特定细胞、组织或染色体上特定靶核苷酸序列进行定性、定位、相对定量分析.与传统的放射性标记原位杂交相比,荧光原位杂交具有快速、检测信号强、杂交特异性高、原位等特点,而且可以同时利用不同荧光素对多个靶序列进行定位,因此在动植物基因组结构研究、染色体精细结构变异分析、病毒感染分析、人类产前诊断、肿瘤遗传学和基因组进化等许多领域中都得到了广泛应用.

同样,FISH技术也被导入到堆肥微生态研究中.Yi等[12]运用荧光原位杂交(FISH)技术对猪粪堆肥过程中的芽孢杆菌属和梭菌属细菌进行了时空分布研究.在堆体的每一层都检测到了总细菌、芽孢杆菌属和梭菌属细菌的存在,时间分布特征是三者在数量上高温期明显高于降温期,降温期高于升温期.总细菌的数量分布在降温期达到平衡.芽孢杆菌属细菌的空间分布特征是在堆肥的每个阶段中中层的数量和相对丰度都是最低的,而梭菌属细菌在除了高温期上层样品之外的其它各个堆肥样品中均显示出了较高的相对丰度,但是空间分布特征不明显.三者的FISH检测数量级都达到了106个/g(湿重)的数量级.

2.3 微阵列技术

微阵列技术是1995年由Schena[13]创立的,最初是用来进行基因表达研究的,但以后的几十年间,此项技术已经成为学术界以及工业界实验室研究高通量基因表达的常规技术,能够通过比较一大批基因在不同的组织、不同类型的细胞以及不同环境条件下的表达情况,从而发现基因的功能活性和代谢网络,成为功能基因组学研究的强有力工具.根据探针的类型可将微阵列分为3类:功能基因微阵列、群落基因组微阵列和系统发育寡核苷酸微阵列. 由于寡核苷酸微阵列特异性高,已经成为复杂环境样本微生物生态学研究的重要方法.

Shemekite等[14]采用分子技术(DGGE和COMPOCHIP微阵列)和传统计数法对咖啡壳堆肥中的细菌变化进行了研究.他们组织了3个堆体,由咖啡壳和牛粪组成堆体1,咖啡壳、牛粪、果蔬废弃物组成堆体2,而堆体3只有咖啡壳.堆肥样品分别在堆体当天、32 d河90 d的时候采集,并进行化学和微生物学分析.堆体1和堆体2的C/N在90 d后明显下降.计数结果显示在堆肥开始时细菌数量最多,而在堆肥结束时放线菌的含量最多,表明微生物的演替与堆肥过程中有关酶的产生有关.rDNA的DGGE和微阵列分析结果表明堆肥过程中存在着独特的微生物群落变化,堆肥当天样品的微生物聚类单独于32 d和90 d的堆肥微生物类群.他们采用多参数方法揭示了3种堆体中的微生物在物种多样性和量上都存在差异.

3 分子标记技术

16S /18S rRNA/DNA序列分析技术虽然能够对环境中各种微生物进行量化,但是工作量大,要进行大量的测序工作,时间周期长且不经济,而且要求要有足够的克隆子数才能准确反映环境中真实的微生物群落组成情况.近年来,可用于监测微生物群落结构及其动态变化过程的分子标记技术被广大科研工作者引入到微生态研究中,并且发挥了巨大的作用.

3.1 RFLP和ARDRA

限制性片段长度多态性(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)是发展最早的DNA标记技术.RFLP是指DNA序列上由于碱基的插入、缺失、重排或点突变所引起的酶切位点的改变,最终导致限制性片段长度的差异.扩增性rDNA限制性酶切片断分析 (Amplifed Ribosomal DNA Restriction Analysis, ARDRA)是美国最新发展起来的将PCR技术与RFLP技术相结合衍生的一项现代生物鉴定技术,其原理是基于原核生物rDNA序列的保守性,将扩增的rDNA片段进行酶切,然后通过酶切图谱来分析菌间的多样性.在微生物遗传多样性和分类上具有重要意义.

该项技术的方法是:从环境样本中获得高质量的微生物总DNA;以总DNA为模板,根据微生物rDNA序列的保守性设计引物,采用PCR技术将目的rDNA片断扩增出来;选择2-5种四碱基识别位点的限制性内切酶,对扩增产物进行限制性酶切;通过酶切图谱来分析菌间的多样性.

现在ARDRA技术在微生态研究中的应用多是结合16S /18S rDNA序列分析,目的在于在测序前先运用ARDRA技术将环境微生物中克隆的众多16S /18S rDNA片段分为多个OTUs,然后再从各个OUT中挑选1-3个克隆子进行16S /18S rRNA基因测序,这样既不影响真实的微生物多样性又能够节约测序费用.

Chandna等[15]利用16S rDNA序列分析方法和ARDRA技术对农业副产品(米糠、麦麸、稻壳等)堆肥中的细菌多样性进行了评估.通过对从堆肥中分离到的细菌菌株进行16S rRNA基因测序,分析结果表明:33个细菌菌株隶属Bacilli, γ, β-Proteobacteria和Actinobacteria.其中Bacilli类群由Staphylococcus,Bacillus,Terribacillus,和Lysinibacillus4个属组成;由Microbacteriumbarkeri和Kocuriasp. 组成Actinobacteria类群;而另一个类群则是由Comamonas、Acidovorax组成的β-Proteobacteria和Serratia,Klebsiella, andEnterobacter组成的γ-Proteobacteria构成.类似的分析结果在这个试验中也由另一项分子技术ARDRA分析得到,采用HpaII,HinfI,和MspI三种限制性内切酶对得到的16S rDNA序列分别进行酶切:HpaII 得到了数量不等的条带(2-6条),片段大小介于90bp至688 bp之间;HinfI 得到了2至5条片段大小介于71bp至1038 bp的条带;而MspI 得到了介于69 bp至793 bp之间的 2至7 条条带.二者分析的结果虽然十分接近但并不重叠,但是二者相比来说,ARDRA却能够在36 h内实现对堆肥样品的快速分析.

3.2 SSCP

单链构象多态性(single-strand conformation polymorphism,SSCP)是基于DNA构象差别来检测点突变的方法.长度相同的单链如果存在一个碱基的差别,就会引起空间构象的改变,在聚丙烯凝胶中由于所受阻力不同而被分开.其基本过程是:①PCR扩增靶DNA;②将PCR产物变性,而后快速复性,使之成为具有一定空间结构的单链DNA分子;③将适量的单链DNA进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳;④最后通过放射性自显影、银染或溴化乙锭显色分析结果.若发现单链DNA带迁移率与正常对照的相比发生改变,就可以判定该链构象发生改变,进而推断该DNA片段中有碱基突变.

c:Last December,the Post first reported that probes were being made in each of these cities,but officials refused to confirmthe story.

Sen等[16]采用PCR-SSCP技术对实验室条件下的蚯蚓堆肥过程中的细菌群落结构差异进行了研究.结果表明在堆肥过程中细菌多样性呈上升趋势,在腐熟阶段保持稳定.然而在堆肥的起始阶段细菌群落结构存在一个快速的变化.多变量分析证明每一次的蚯蚓堆肥中存在不同的细菌群落演化模式而且没有与之严格相对应的物理化学指标的变化.

3.3 T-RFLP

末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RLFP),又称为16S rRNA基因的末端限制性片段(terminal restriction fragmen, TRF),是建立在PCR基础之上的一种新兴的研究微生物多态性的分子生物学方法.该方法克服了传统微生物培养方法的限制、应用快速、灵敏度高且输出定量的数据结果,现已被成功应用到菌种鉴定、群落对比分析、群落中系统发育种群多样性的评估等领域.该技术的基本原理是根据16S rDNA序列保守区设计通用引物,其中一个引物的5′端用HEX(六氯荧光素)、TET (4, 7, 2 7 -四氯-6-羧基荧光素)或5(6)-FAM(亚磷酰胺-5(6)-羧酸荧光素)等荧光物质标记.以样品总DNA为模板进行PCR扩增,扩增产物的一端带有荧光标记,再用合适的限制性内切酶消化PCR产物,由于在不同细菌的扩增片段内存在核苷酸序列的差异,酶切位点就会存在差异,酶切后就会产生很多不同长度的限制性片段.消化产物用DNA自动测序仪分离,通过激光扫描,得到带荧光标记端的图谱,而其它没带荧光标记的片段则检测不到.由于每种菌末端带荧光标记的片段(terminal restriction fragment, TRF )长度是惟一的,所以峰值图中每一个峰至少代表一种菌,每个峰的面积占总面积的百分比则代表这种菌的相对数量,它提供了关于多样性的信息,却简化了条带图谱,可以分析复杂群落.条带组成还可以被用来度量不同样品中种的丰富度、平均度和相似性.但是该技术中所用引物均是根据已有的数据库里16S, 18S rRNA和ITS信息设计的,也就是说这些引物只代表了可培养微生物类群,并没有代表实际样品中真正的微生物多样性.要想进一步了解样本中的微生物组成,还要结合测序等技术手段.

Székely等[17]结合DGGE和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术对蘑菇堆肥产物中的细菌演替进行了分析.每个DGGE条带重扩增并进行序列分析.指纹的主成分分析显示细菌群落的密集变化主要体现在22 d期间.高温堆肥样品中嗜热细菌占据主导优势.采用两种方法(DGGE和T-RFLP)对腐熟堆肥进行分析的结果几乎一致.为了深入了解腐熟堆肥的细菌群落,纯培养获得的细菌16S rDNA序列和堆肥环境样品的16S rDNA文库的序列信息与该环境样品的T-RFLP指纹分析结果进行了独特的耦合比较,比较结果揭示了主导纤维素降解的微生物团体与Pseudoxanthomonas,Thermobifida和Thermomonospora有关.

3.4 DGGE/TGGE

变性梯度凝胶电泳 (denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)和温度梯度凝胶电泳(temperature gradient gel electrophoresis,TGGE),是两个相似的研究微生物多样性的方法.这种技术最初是为了检测DNA序列中的点突变.Muyzer等[11]在1993年首次将其应用到微生物群落结构的研究中.之后,该技术被广泛应用到微生物分子生态学研究的各个领域中,目前已经成为研究微生物群落结构的主要分子生物学方法之一.

Yi等[18]为了获得猪粪堆肥过程中芽孢杆菌的分子系统发育多样性和空间分布,综合运用了传统的微生物培养方法和现代分子生物学技术(PCR-RFLP和DGGE)对堆肥样品进行了分析.他们首次从堆肥中分离到芽孢杆菌,基于温度的变化,芽孢杆菌有明显的时空特征分布,在高温期检测到的可培养芽孢杆菌的数量在堆体的每一层都是最多的,而在堆肥的每个阶段中中层检测到的芽孢杆菌的数量都是最低的.而且对从不同的堆肥阶段分离到540个单菌落进行了RFLP和16S rDNA测序分析,结果显示获得的可培养芽孢杆菌的多样性比较低,分别隶属于Bacillussubtilis,Bacilluscereus,Bacillusthuringiensis,Bacillusanthracis,Bacillusmegaterium,Bacilluslicheniformis,Bacilluspumilus, andBacilluscirculans. 其中,B.subtilis是优势种,在升温期和降温期的中层堆肥样品中都具有最高的芽孢杆菌多样性.通过DGGE分析和构建16S rRNA片段克隆文库,结果显示芽孢杆菌的时空分布不明显,67%的非培养细菌属于芽孢杆菌.他们研究认为综合运用培养和非培养方法能够有效的揭示堆肥过程中芽孢杆菌的多样性和时空分布.

Yamamoto等[19]为了探明氨氧化古菌和氨氧化细菌在牛粪、猪粪和鸡粪堆肥过程中的分布规律,对三种畜禽堆肥样品分别进行了分子生物学分析.变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析结果显示Nitrososphaeragargensis候选种的类似序列在牛粪堆肥样品中占据绝对优势,而在其它的两种堆肥样品中几乎没有氨氧化古菌的存在.至于氨氧化细菌,在牛粪和猪粪堆肥样品中亚硝化单胞菌类似序列被检测出具有更高的多样性.亚硝酸细菌的相对丰度通过实时定量荧光PCR分析显示在牛粪和鸡粪堆肥样品中存在更多的氨氧化细菌.总的试验结果表明氨氧化细菌更广泛的分布于动物粪便堆肥中.

Wang等[20]为了深入了解放线菌群落在堆肥中的多样性和动力学变化,采用RT-PCR、DGGE和构建克隆文库的方法对小规模堆肥厂的堆肥样品进行了分析.定量实时PCR分析数据显示放线菌占堆肥样品中细菌总数的18%-86%,腐熟阶段达到顶峰,说明放线菌是堆肥生态系统中重要的组成成分.定性分析显示放线菌的14个不同的属和一个未知群落均在堆肥中检测到了而且放线菌群落表现出明显的时间变化,表明温度影响放线菌群落的变化.特别指出的是,在堆肥的最初阶段致病性的棒状杆菌占据优势,在高温阶段糖单孢菌属和嗜热菌丰度最高.在腐熟的堆肥中,嗜温微球菌最常见.在堆肥中嗜热菌和微球菌对木质纤维素的降解可能起到共同的促进作用.

4 实时荧光定量PCR技术(RT-qPCR)

定量PCR是在定性PCR技术基础上发展起来的核酸定量技术.实时荧光定量PCR技术(rea1-time fluorescent quantitative PCR,RT-qPCR)于1996年由美国Applied Biosystems公司推出,在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法.该技术不仅实现了对DNA模板的定量,而且具有灵敏度高、特异性强、自动化和重复性好、无污染性、具实时性和准确性等特点,目前已广泛应用于分子生物学研究和医学研究等领域.

实时荧光定量PCR技术在堆肥微生物的研究中也得到了应用.Sharma等[21]采用RT-qPCR技术,通过对堆肥中的甲烷菌和甲烷氧化菌的mcrA,pmoA拷贝数的变化来间接的估计两种菌群的群落变化.在堆肥过程中,甲烷菌和甲烷氧化菌群落的活性影响着释放到大气中的净甲烷量.定量分析结果表明上层和中层样品中mcrA,pmoA基因拷贝数存在明显差异,mcrA拷贝数在15周的堆肥期间内恒定,而pmoA随着时间发生了显著的变化,0-1周数值较高,11周时数值最低.净甲烷的释放量在15周内与pmoA基因拷贝数的变化有关,当mcrA∶pmoA的比例高时甲烷的释放量就高.实验结果证明mcrA,pmoA基因拷贝数在牛粪堆肥过程中发生变化,甲烷菌和甲烷氧化菌的数量多少还需要结合净甲烷释放量来综合考虑.

5 展 望

进行大型养殖场废弃物无害化处理及高效利用,是当前我国养殖业规模化发展与环境保护面临的难题.而现代先进的分子生物学技术和研究手段,可直接对堆肥微生物的总DNA进行研究,突破了菌株分离和培养的限制,有助于我们更加深入全面的了解堆肥系统中微生物群落的演替规律和过程,为推动堆肥理论和技术的发展提供生物学证据,并可能发现新的微生物种.但这些方法也有自身的局限性,比如分析结果受样品的采集方法、总DNA提取方法等的影响,因此,在研究过程中最好能够将分子生物学技术和传统微生物生态学分析方法相结合,得到科学合理的结果.

[1] Zhu N, Deng C, Xiong Y, Qian H. Performance characteristics of three aeration systems in the swine manure composting[J]. Bioresource Technology, 2004, 95(3): 319-326.

[2] 郭亮. 猪场废弃物强制通风静态垛堆肥系统的研究[D]. 博士学位论文, 北京:中国农业大学, 2002.

[3] 郭艳, 张进良. 堆肥微生物的分子生物学研究进展[J]. 中国农学通报, 2010, 26(16): 170-174.

[4] 朱能武. 堆肥微生物研究现状与发展前景[J]. 氨基酸和生物资源, 2005, 27(4): 36-40.

[5] Yamamoto N, Asano R, Yoshii H, Otawa K, et al. Archaeal community dynamics and detection of ammonia-oxidizing archaea during composting of cattle manure using culture-independent DNA analysis[J]. Journal of Applied Microbiology, 2011, 90: 1501-1510.

[6] Hayat R, Sheirdil R A, Iftikhar-ul-Hassan M, Ahmed I. Characterization and identification of compost bacteria based on 16S rRNA gene sequencing[J]. Annals of Microbiology, 2013, 63: 905-912.

[7] Charbonneau D M, Meddeb-Mouelhi F, Boissinot M, Sirois M,et al. Identification of thermophilic bacterial strains producing thermotolerant hydrolytic enzymes from manure compost[J]. Indian Journal of Microbiology, 2012, 52(1): 41-47.

[8] Xu W, Reuter T, Xu Y, Alexander TW,et al. Use of quantitative and conventional PCR to assess biodegradation of bovine and plant DNA during cattle mortality composting[J]. Environmental science and technology, 2009, 43(16): 6248-6255.

[9] Neher D A, Weicht T R, Bates S T, Leff J W,et al. Changes in Bacterial and Fungal Communities across Compost Recipes, Preparation Methods, and Composting Times[J]. PLoS One, 2013, 8(11): e79512.

[10] Hultman J, Pitkäranta M, Romantschuk M, Auvinen P, et al. Probe-based negative selection for underrepresented phylotypes in large environmental clone libreries[J]. J Microbiol Methods, 2008, 75(3): 457-463.

[11] Schloss P D, Hay A G, W ilson D B, Gossett J M, et al. Quantifying bacterial population dynamics in compost using 16S rRNA gene probes [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2005, 66: 457-463.

[12] Yi J, Zheng R, Li F, Chao Z,et al. Temporal and spatial distribution of Bacillus and Clostridium histolyticum in swine manure composting by fluorescent in situ hybridization (FISH) [J]. Journal of Applied Microbiology, 2012a, 93: 2625-2632.

[13] Schena M, Shalon D, Davis R M, Brown P O. Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarry[J]. Science, 1995, 270(5235): 467-470.

[14] Shemekite F, Gómez-Brandón M, Franke-Whittle IH, Praehauser B,et al. Coffee husk composting: An investigation of the process using molecular and non-molecular tools[J].Waste management, 2013, [Epub ahead of print].

[15] Chandna P, Mallik S, Kuhad R C. Assessment of bacterial diversity in agricultural by-product compost by sequencing of cultivated isolates and amplified rDNA restriction analysis[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013, 97(15): 6991-7003.

[16] Sen B, Hamelin J, Bru-Adan V, Godon J J,et al. Structural divergence of bacterial communities from functionally similar laboratory-scale vermicomposts assessed by PCR-CE-SSCP[J]. Journal of Applied Microbiology, 2008, 105(6): 2123-2132.

[17] Székely A J, Sipos R, Berta B, Vajna B,et al. DGGE and T-RFLP analysis of bacterial succession during mushroom compost production and sequence-aided T-RFLP profile of mature compost[J]. Microbial Ecology, 2009, 57(3): 522-533.

[18] Yi J, Wu H Y, Wu J, Deng C Y,et al. Molecular phylogenetic diversity of Bacillus community and its temporal-spatial distribution during the swine manure of composting[J]. Journal of Applied Microbiology, 2012b, 93: 411-421.

[19] Yamamoto N, Oishi R, Suyama Y, Tada C,et al. Ammonia-oxidizing bacteria rather than ammonia-oxidizing archaea were widely distributed in animal manure composts from field-scale facilities[J]. Microbes and Environments, 2012, 27(4): 519-24.

[20] Wang C, Guo X, Deng H, Dong D,et al. New insights into the structure and dynamics of actinomycetal community during manure composting[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013, 12.5 epub ahead of print.

[21] Sharma R, Ryan K, Hao X, Larney F J, et al. Real-time quantification of mcrA, pmoA for methanogen, methanotroph estimations during composting[J]. Journal of Environmental Quality, 2011, 40(1): 199-205.

【责任编辑:徐明忠】

Application of modern molecular techniques on research composting microbiology

GUO Yan

(Department of Life Science, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000,China)

Composting microbiology as an executor and enforcer to realize the reclamation, harmless and reduction of solid waste have been a hotspot currently. To understand the bacteria community and the succession order of the important microbe were the foundation to select complex microbial community and control composting process. Due to the “viable but nonculturable” of many microorganism in certain habitat, but with the development of modern molecular biotechnology which provide the new way to research the composting microbe. It was concluded that the progress on the application of some molecular biotechnology on composting microbe, and trend of development potential was reviewed also.

modern molecular techniques;composting;microbe

2014-08-29;

2014-09-05

河南省科技厅科技攻关项目(102102310391);河南省科技厅科技攻关项目(132102210551);河南省教育厅自然基金项目(2010B530001);商丘师范学院青年骨干教师资助项目;商丘师范学院青年科研基金项目(2011QN19)

郭艳(1977-),女,河南商丘人,商丘师范学院副教授,博士研究生,主要从事畜禽粪污处理及环境微生物学的研究.

TP393

A

1672-3600(2015)03-0060-06

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