【摘 要】
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堆肥法处理病死猪尸体具有操作简单和成本较低的优点。然而,受限于微生物数量匮乏等问题,传统堆肥存在发酵慢、病死猪降解率低、堆肥质量差等缺陷。为提高病死猪尸体堆肥的无害化处理效率,本研究从病死猪尸体堆肥样品中筛选了具有较强降解能力且互相不存在拮抗性的蛋白酶产生菌和脂肪酶产生菌,经过产酶优化后复配成复合菌剂。优化技术参数后,将复合菌剂接种于病死猪尸体进行堆肥效果评价,同时利用高通量测序技术分析了复合菌剂
【基金项目】
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西藏自治区科技计划项目(XZ202101ZD0002N-04); 黑土地保护与利用科技创新工程专项(XDA28080400); 国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-37);
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堆肥法处理病死猪尸体具有操作简单和成本较低的优点。然而,受限于微生物数量匮乏等问题,传统堆肥存在发酵慢、病死猪降解率低、堆肥质量差等缺陷。为提高病死猪尸体堆肥的无害化处理效率,本研究从病死猪尸体堆肥样品中筛选了具有较强降解能力且互相不存在拮抗性的蛋白酶产生菌和脂肪酶产生菌,经过产酶优化后复配成复合菌剂。优化技术参数后,将复合菌剂接种于病死猪尸体进行堆肥效果评价,同时利用高通量测序技术分析了复合菌剂对堆肥中细菌群落结构的调控作用。为了研究复合菌剂分解病死猪尸体的方式,对菌株DB1产生的蛋白酶进行了分离纯化并分析其与肌动蛋白的结合模式。主要研究内容如下:(1)通过鉴别培养基初筛、酶活力试验和猪肉降解试验复筛以及牛津杯拮抗试验筛选出互不存在拮抗作用的高产蛋白酶粘质沙雷氏菌DB1和高产脂肪酶贝莱斯芽孢杆菌ZF2以备构建复合菌剂。(2)采用单因素试验和响应面试验对所筛选的菌株进行产酶条件优化。结果显示,菌株DB1在以5 g/L葡萄糖为唯一碳源,7 g/L尿素为唯一氮源,1.46 mmol/L Mg2+为外加金属离子,温度31.59℃,初始p H 7.86、接种量5%条件下培养60 h时,菌株DB1蛋白酶活力最高,达到54.32 U/m L。菌株ZF2在以3 g/L蔗糖为唯一碳源,7 g/L硫酸铵为唯一氮源,0.86 mmol/L Mn2+为外加金属离子,温度26.33℃,初始p H 6.19、接种量5%条件下培养48 h时,脂肪酶活力最高,达到33.09 U/m L。(3)将产酶优化后的菌株DB1与ZF2构建为复合菌剂,并在优化参数后接种病死猪尸体进行堆肥应用效果评价。结合优化结果,接种物料湿重的0%、1%、3%、5%的复合菌剂作为对照组、低接种量组、中接种量组、高接种量组。结果显示对照组及低、中、高接种量组高温期分别维持了7、14、20、15 d,最高温度分别达到了60、64、69、62℃。堆肥结束时,对照组及低、中、高剂量组的病死猪降解率分别为78.31%、93.15%、98.03%、94.96%,水分含量分别为38.22%、33.64%、28.73%、31.46%,p H分别为8.17、8.47、8.62、8.53,E4/E6值分别为2.82、2.37、2.09、2.52,总有机碳含量分别为40.51%、36.26%、31.86%、35.37%,总氮含量分别为1.28%、1.34%、1.45%、1.32%,铵态氮含量分别为1.30、1.32、1.43、1.44 mg/g,硝态氮含量分别为0.65、0.60、0.71、0.59 mg/g,发芽指数分别为75.43%、86.55%、96.78%、92.40%。综上所述,接种复合菌剂可以提高堆肥温度,加速尸体分解,促进腐熟度并提高产品质量。其中,中接种量组的处理效果最优。堆肥后各组样品中的病原均被完全杀灭,卫生指标均满足无害化处理标准。(4)利用高通量测序技术揭示堆肥中的细菌群落结构,并分析细菌群落结构与环境因子的相关性。菌株DB1为复合菌剂发挥功能的关键,复合菌剂主要通过菌株DB1来加速堆肥发酵和分解病死猪尸体。Cerasibacillus和Myroides主导堆肥前期发酵和升温,Firmicutes_unclassified、Pseudogracilibacillus和Bacillus则主导高温和腐熟阶段有机物质的分解。中接种量组中Gammaproteobacteria_unclassified、Ochrobactrum、Cerasibacillus和Pusillimonas的丰富度较高,因此该组堆肥温度、病死猪尸体降解率以及硝态氮含量均较高。(5)在堆肥中,复合菌剂主要通过菌株DB1分解病死猪尸体。为了探究菌株DB1降解病死猪尸体的方式,本研究纯化了菌株DB1所产的蛋白酶并分析该酶与动物蛋白质的结合模式。纯化后蛋白酶比活力达到1982.77 U/mg,纯化倍数达到46.37倍,分子量大小约为112 Kda。该蛋白酶为一种亲水的巯基依赖型的耐热碱性金属丝氨酸蛋白酶,具有一定的耐表面活性剂和有机溶剂能力。该酶通过GLU、ARG、SER、ASP、TYR等活性残基与病死猪尸体中的蛋白质结合,进而实现对病死猪尸体的分解。
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