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欧易微生物多样性测序助力客户登陆环境科学TOP期刊

2020 年 9 月,山东大学郭卫华教授课题组在 Bioresource Technology(IF:7.539)杂志在线发表了题为“Insight into the effect of nitrogen-rich substrates on the community structure and the co-occurrence network of thermophiles during lignocellulose-based composting”的研究论文,深入解析了堆肥过程中添加富氮底物对嗜热微生物群落结构的影响,揭示了堆肥过程中嗜热微生物群落组装过程,并为微生物间的共生网络提供了新颖的见解。

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文章中微生物多样性实验由欧易生物完成。

 

研究背景

堆肥作为一种经济、环保的技术,广泛应用于农业和工业有机废物的处理。嗜热微生物作为堆肥过程的主要参与者,其群落的演替与堆肥过程中有机质的动态变化关系密切。然而,以往的研究大多集中在堆肥过程中嗜热细菌群落的演替上,忽视了嗜热真菌的重要性以及微生物之间的互作。
 

实验设计

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研究结果

1. 微生物群落特征

在堆肥过程中,所有处理的细菌多样性(Shannon指数)都呈现先减少后增加的趋势(B),这可能与温度的变化有关(A)。相比之下,真菌的Shannon指数在四个处理中并没有表现出一致的趋势,说明真菌多样性更容易受到原料独特环境的影响。此外,基于chao1指数的堆肥样品的物种丰富度也符合上述变化。

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2. 微生物群落组成的时间动态

基于PCoA结果表明,原料和堆肥过程显著影响细菌(PERMANOVA,原料:p<0.001,堆肥过程:p<0.01)和真菌(PERMANOVA,原料:p<0.001,堆肥过程:p<0.001)群落结构。堆肥过程中嗜热菌群落的演替可以看作是放线菌门和厚壁菌门之间的动态平衡,原料的性质可能是主要的驱动因素,酶活和酶谱的结果也支持这一观点。

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在芦苇秸秆堆肥系统中,蛋白质含量较低的富氮基质聚集了以木质纤维素为主的微生物群落。RF和RP中以芽孢杆菌(厚壁菌门)为主。RC和RM中主要富集参与木质纤维素的降解的细菌,在高温下具有极强的降解半纤维素的能力。Thermomyces lanuginosus 则是芦苇秸秆堆肥过程中主要的真菌。

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3. 共现网络的拓扑性质

多个网络拓扑指标表明,不同堆肥处理间共线性网络存在显著差异。RF中微生物共现网络的边数和密度所显示的复杂性最高,其次是RP、RM和RC。高度连接的网络提供了更多的功能冗余,具有更大的群落稳定性和对分布的抵抗力,这表明添加营养丰富的基质更有可能在堆肥过程中保持微生物群落组成的稳定性。

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在微生物的互作网络中,细菌-细菌连接的相对比例最大,为80.0-93.3%。值得注意的是,共现网络中微生物间的相关性以正相关为主(范围为70.6-78.8%),表明在堆肥系统中微生物通过积极的关系促进物质的降解。此外,界间(细菌-真菌)的竞争要强于界内的竞争(细菌-细菌,真菌-真菌)。

 

4. 共现网络的假定关键分类群

来自放线菌门和厚壁菌门的节点是堆肥过程中占主导地位的核心类群。由于功能的冗余,在多个共现网络中,同一分类单元并没有作为关键分类单元出现。此外,低丰度的分类群在维持网络结构发挥重要作用。

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研究结论

原料和堆肥过程提供了不同的营养环境,这些环境显著地影响细菌和真菌的群落组成。厚壁菌,放线菌和子囊菌占据了堆肥的高温阶段。添加富含氮源的易降解基质将增加嗜热微生物网络结构的复杂性。嗜热微生物主要通过有益的发育模式和协同作用,促进堆肥过程中物质的转化,而细菌-真菌间的竞争比细菌、真菌各自的内部竞争更为激烈。此外,大多数关键微生物类群的相对丰度较低。这些发现拓展了我们对堆肥过程中嗜热微生物群落的演替和相互作用的理解。

 

参考文献

Zhu P, Li Y, Gao Y, Yin M, Wu Y, Liu L, Du N, Liu J, Yu X, Wang L, Guo W. Insight into the effect of nitrogen-rich substrates on the community structure and the co-occurrence network of thermophiles during lignocellulose-based composting. Bioresour Technol. 2020 Sep 10;319:124111. doi: 10.1016/j.biortech.2020.124111. Epub ahead of print. PMID: 32971335.

 

END

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