随着人们生活水平的提高,畜禽养殖业发展迅速,但同时也产生了大量的畜禽粪便,带来了环境污染问题。堆肥发酵作为畜禽粪便重要的处置方式,发酵腐熟后产物可作为有机肥施用于农田土壤,提升土壤有机质水平和农产品质量安全。然而,在堆肥过程中存在着周期长、腐BLZ945浓度熟不彻底和恶臭物质释放的问题,影响畜禽粪便资源化处理的速度和质量。畜禽粪便堆肥发酵的相关研究证明,将分离获得的高活性除臭菌株加入畜禽粪便中有利于促进堆肥发酵进程,并减少恶臭物质的排放。本课题组前期在猪粪堆肥中分离纯化获得一株具有除臭效果的芽孢杆菌BCH,对其进行鉴定为卡氏芽孢杆菌(Bacillus cabrialesii),测定其生长温度范围、生长p H范围、产酶能力、氨氮利用率、在猪粪中NH_3和H_2S的去除能力等;在此基础上,对菌株BCH进行三代全基因组测序,利用KEGG和CAZyme等数据库进行序列注释、分析,并对氮硫代谢相关基因进行挖掘;以猪粪为堆肥原料,设置了接种菌株实验组和不接种菌剂对照CK组处理,测定了菌株对于畜禽粪便堆肥的效果,包括温度、p H、种子发芽率、全磷、全钾、全氮、氨氮含量等物质的变化,以及微生物群落的变化特征。主要研究结果和发现如下:(1)除臭菌株的鉴定、除臭能力及产酶特征从发酵猪粪中获得一株除臭芽孢杆菌,通过形态学和分子生物学鉴定为卡氏芽孢杆菌(B.cabrialesii),对其进行了相关除臭能力及产酶特性的研究。在生长特性方面,该菌株在温度30℃～60℃和p H4.0～9.0范围内能正常生长;该菌株在以葡萄糖、果糖、蔗糖为唯一碳源的培养基中产酸,分别使对应培养基p H下降0.90、0.72、1.20。在除臭能力方面,该菌株的氨氮利用率达到45%,在室内猪粪发酵试验中,该菌株对于氨氮的去除率达到27%,对于硫化氢的去除率达到26%。酶活测定发现该菌株表现出了多种降解酶的活性,其中脂肪酶活性为最高为23.99 U/m L,淀粉酶活性最高为2.52U/m L,蛋白酶活性最高为36.44 U/m L,羧甲基纤维素酶活最高为36.52 U/m L,脲酶活性最高为18.02 U/m L,过氧化氢酶活性最高为39.42 U/m L。(2)卡氏芽孢杆菌BCH的三代全基因组测序分析通对菌株BCH进行三代全基因组测序分析,从KEGG、CAZyme、CARD、VFDB数据库分别注释到2822、876、20、21个基因。KEGG数据库显示与代谢相关的通路中,碳水化合物代谢包含了172个基因,共注释到18个基因匹配至氮代谢通路中,20个基因匹配至硫代谢通路中。在碳水化合物活性酶数据库注释到的876个基因,其中糖苷水解酶基因最多(GH)536个,碳水化合物结合模块(CBM)27个,糖基转移酶(GT)169个,碳水化合物酯酶(CE)62个,多糖裂解酶(PL)53个,还有26个具有辅助活性的酶(AA)。氮代谢和硫代谢通路中,分别对hao、sox B两个基因进行蛋白结构预测,HAO氨基酸残基(amino acids)为1032个,proinsulin biosynthesis该蛋白分子质量为83.87 k Da,理论等电点5.11;SOXB氨基酸残基(amino acids)为681个,分子质量为54.68 k Da,理论等电点5.15。(3)卡氏芽孢杆菌BCH菌株在猪粪堆肥发酵中的应用通过添加外源菌株BCH的实验组和CK空白组的各项堆肥指标和菌群分析,堆肥结束后实验组的有机质质量分数(以烘干基计)为64.35%,总养分(N+P_2O_5+K_2O)质量分数(以烘干基计)为4.66%,种子发芽指数(GI)为151.64%,均优于CK空白组对应的理化指标,两组温度趋于一致后,加菌组的臭气释放量低于CK组,总体上实验组的氮损失量少于对照组。对微生物菌群变化分析后发现,门水平上,厚壁菌门(Firmicuselleck化学tes)在堆肥整个时期都为优势菌群;属水平上,在堆肥发酵初期鞘脂杆菌属(Sphingobium)为两组堆肥中的优势菌群,仅在实验组中芽孢杆菌属(Bacillus)的丰度为前十,Ureibacillus等具有硝化能力的细菌和Pseudoxanthomonas等具有硫氧化能力的细菌丰度在实验组中上升。实验组的硝化作用(nitrate reduction)丰度高于CK组、发酵作用(fermentation)丰度高于CK组。本研究中的卡氏芽孢杆菌BCH具有除臭和多种生物酶活性,能在温度30℃～60℃和p H4.0～9.0范围内正常生长,其基因组具有较为完整的氨氮和硫化氢代谢通路;在猪粪堆肥中,加入除臭菌株可促进堆肥发酵的腐熟,减少氨气和硫化氢排放量,并降低堆体内潜在病原菌的相对丰度,使堆肥产品更快达到腐熟标准,研究为畜禽粪便发酵和除臭菌剂提供了依据和资源。