堆肥过程中木质素降解及甲烷排放相关功能基因研究

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1、学校代号10532学号B07031022分类号X705密级博士学位论文堆肥过程中木质素降解及甲烷排放相关功能基因研究学位申请人姓名范长征培养单位环境科学与工程学院环境保护研究所导师姓名及职称曾光明教授杨春平教授学科专业环境工程研究方向固体废物处理与资源化论文提交日期2015年4月15日学校代号：10532学号：B07031022密级：湖南大学博士学位论文堆肥过程中木质素降解及甲烷排放相关功能基因研究学位申请人姓名：范长征导师姓名及职称：曾光明教授杨春平教授培养单位：环境科学与工程学院环境保护研究所专业名称：

2、环境工程论文提交日期：2015年4月15日论文答辩日期：2015年6月13日答辩委员会主席：刘云国教授ResearchesonthelignindegradationandCH4emissionrelatedfunctionalduringcompostingbyFANChangzhengB.S.(HunanNormalUniversity)2006AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctor

3、ofEngineeringinEnvironmentalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZENGGuangmingProfessorYANGChunpingApril,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献

4、的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。征＾作者签名；么於日期；２＾粋（月／伯学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保

5、密心＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）勺正？ｉ公Ｗｒ作者签名：日期：年＾月＞｜导师签名曰期；２／年月（曰；亡４博士学位论文摘要堆肥化作为一种有效处理农业废物的方法已经得到广泛的应用，堆肥过程中微生物与有机质相互作用、相互影响，成为影响堆肥进程的关键因素。木质纤维素是农业废物中的主要难降解有机物，木质素由于其结构复杂不易水解，且对纤维素和半纤维素的天然屏障作用，使得堆肥过程中木质纤维素难于降解。木质素是腐殖质形成的前体物质，因此木质素的生物降解成为堆肥过程的限速步骤。漆酶是木质素降解的三大功能

6、酶之一，在自然界和堆肥化过程中木质素的降解中起着重要作用。传统观念认为真菌漆酶在自然界中木质素降解起重要作用，最近研究发现，细菌也能产漆酶，且某些细菌漆酶具有耐热性、耐碱性等优良特性，这些特性有助于它们在堆肥过程的高温、弱碱性环境中保持活性，因此可能在堆肥木质素的降解过程过程中发挥重要作用。基于以上猜想，我们分析了农业秸秆堆肥化过程中潜在产漆酶细菌种群结构变化及其对理化参数的响应。基于克隆文库的系统发育分析结果表明，堆肥期间的细菌漆酶基因多样性较为丰富，测得的序列与参考序列共形成13个进化枝。所测得的225

7、个有效漆酶基因序列中与γ-proteobacteria，α-proteobacteria和Bacteroidetes相似度较高的漆酶基因序列占总数的86.2%，前两类序列存在于分析的所有样品中，Bacteroidetes相关序列仅降温期样品中没有出现。因此，这三个类别的序列为堆肥体系中的漆酶基因优势类群，其编码氨基酸很可能参与堆肥中的酚氧化酶活的合成和木质素的降解。鞘脂单胞菌目相关的序列为系统发育树上最大的分枝，该类序列在所分析的5个克隆文库中均有出现，特别是在高温期和降温期样品中占了非常显著的优势地位。对

8、5个堆肥样品进行JackknifeCluster和UniFracPCoA分析，结果表明堆肥4个时期的样品的分布具有明显的阶段性。Pearson和RDA多元分析结果均表明，温度、WSC、C/N和FA与堆肥过程中细菌漆酶基因组成结构的变化呈正相关，pH和HA与堆肥细菌漆酶组成负相关。在所有的环境因子中，温度对堆肥细菌漆酶基因结构的影响最大，另外显著性的影响因子为HA。HA与堆肥腐熟期样品的漆酶基因分布呈正相关，这与堆