基于非培养生物组合技术的农业废物堆肥微生物群落及功能基因研究

非培养生物技术虽然能较好的解决农业废物堆肥化中大部分微生物不可培养的问题，但是每种方法还是有其一定的局限性。针对单一非培养生物技术在农业废物堆肥微生物研究中缺乏完备性和精确性的问题，本项目拟采用多元统计分析方法对堆肥微生物磷脂脂肪酸信息和变性凝胶梯电泳条带信息分别进行对比和组合，并建立两类信息的定量回归模型；同时组合变性凝胶梯度电泳分析和荧光原位杂交技术对优势菌种跟踪定位。通过该项目对堆肥化处理过程中的微生物群落组成、结构、功能以及微生物种群动态变化规律等方面进行深入研究，从本质上解答堆肥化处理的微生物学原理问题，同时建立起一套以非培养生物技术为基础的堆肥微生物群落生态学组合研究体系，并成功设计一组能有效提高堆肥效率的高效复合菌剂，以适应堆肥工艺不断发展应用的迫切需求，为堆肥化工艺的改进提供理论依据。

微生物是堆肥化处理过程中的关键因素，它在系统中的组成情况、功能状况以及种群动态变化情况都极大的影响这堆肥化处理的效率和质量。本项目综合采用了多种非培养生物学方法研究了三类堆肥体系中的微生物种群结构变化：1）秸秆堆肥体系：首先研究了PLFA法和DGGE法在堆肥细菌群落分析中的组合应用，并成功应用主成分分析法对两类方法得到的信息进行组合和对比，发现了两类方法在组合表达上的差异与侧重点；然后采用分子生态学组合方法并结合理化参数的变化深入研究了堆肥过程中真菌和细菌群落的变化，从分子生物学水平上定性定量的分析出了影响真菌和细菌群落变化的驱动因子。2）生活污泥堆肥体系：首先确定了污泥堆肥原料配比问题，然后同时采用PLFA法、DGGE法、序列分析法和荧光定量PCR法分析了堆肥化过程中微生物群落的变化，其中序列分析再次证实了堆肥体系中微生物的大量不可培养性，结合多元统计分析（主成分分析和冗余分析）手段发现了不同分析方法在表征微生物种群结构的差异与优缺点，并建立不同生物信息间的回归定量模型；3）猪粪堆肥体系：在原有的分析手段上增加了高通量测序和生物信息学方法，以期从微生物机理上揭示冬季堆肥中温期偏长的原因。本项目组研究结果为更加深入的揭示堆肥微生物演替规律和了解堆肥微生物作用机理提供了重要的理论依据。