饲料和猪粪中重金属含量特征及堆肥耐铅镉菌株的筛选鉴定

论文摘要

随着畜禽养殖业的集约化发展,粪污对环境的危害日益突出,饲料中过度使用的金属离子添加剂会随着粪便排放到环境中,导致土地板结、有益生物种类和数量锐减,重金属污染物通过生物富集作用,最终会对人类的健康带来极大的安全隐患。但是,畜禽粪污通过添加益生菌科学而堆肥发酵,可以“变废为宝”,改善生态环境,营造“绿水青山”的美好愿景。畜禽粪便中的重金属污染物可以通过微生物进行环境修复治理。为了全面地了解山东省内养殖场的饲料和猪粪的重金属含量,并筛选到适宜的菌株添加到畜禽粪便堆肥处理过程中,以降低重金属污染物的生物学效应,本研究首先对分布于山东省16个地市的86个规模化猪场的860个饲料和粪便样品分别进行了采集和矿物质含量的测定,据此组建了发酵模型,继而从发酵产品中筛选耐重金属的菌株,进一步研究耐重金属微生物的生长发育条件及其对重金属的耐性或抗性机理。研究结果可为利用耐性和抗性微生物来降低畜禽粪便堆肥过程中重金属的生物学效应、从而为生物的环境修复提供理论依据和试验数据。研究结果表明,在采样的86个猪场的饲料中,其Fe、Mn、Ca、Zn和Cu的平均添加量大都符合《饲料添加剂安全使用规范》（农业部1224号公告）的要求,只有少数养猪场的最高检测值超过了规范中的最高限制值,说明,我省规模化养殖场全价饲料中矿物质元素的含量总体上是符合国家标准的,个别养殖场存在不同程度的超标添加矿物质元素的现象。猪粪中矿物质元素残留量的分布趋势与其在饲料中的含量相一致,其中配合饲料中与粪便中Zn和Cu的含量存在着显著的相关关系。研究结果表明,饲料中矿物质元素的过量添加是导致猪粪中Zn和Cu元素残留量趋于超标的主要原因。对猪粪进行了堆肥处理和筛选耐铅、耐镉菌株,结果成功地筛选分离出两株耐Pb和Cd的细菌,编号分别为C1和T2。通过对C1和T2细菌形态特征观察、常规生理测定和16S rDNA序列同源性比对分析,初步鉴定出这两株菌株分别是奈氏西地西菌（CTimes New neteri）和蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）。进一步对C1和T2型两种菌株的生长条件进行了优化,结果表明两株菌的最适pH均为7,最适生长温度均为37℃,最适NaCl浓度分别为0.5%和0.5-2%。C1和T2菌株对Pb、Cd的去除率均在50%以上。

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Abstract

1 引言

1.1 饲料和粪便中的重金属污染现状

1.2 畜禽粪便重金属的危害

1.3 重金属在土壤中的分布、生物有效性及其影响因素

1.3.1 重金属在土壤中的分布

1.3.2 重金属的生物有效性

1.3.3 影响土壤重金属生物有效性的主要因素

1.4 治理重金属污染的环境生物修复技术

1.5 本研究的目的及其意义

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 研究区域概况及样品采集

2.1.2 堆肥发酵原料配比及参数测定

2.1.3 堆肥产物来源

2.1.4 培养基

2.1.5 菌种保存

2.1.6 主要的实验仪器与设备

2.1.7 试剂和耗材

2.2 实验方法

2.2.1 矿物质元素分析方法

2.2.2 堆肥特征测定方法

2.2.3 耐铅镉菌株的筛选

2.2.4 菌株基因组提取

2.2.5 PCR扩增

2.2.6 琼脂糖电泳回收扩增片段

2.2.7 克隆与大肠杆菌转化

2.2.8 质粒小提

2.2.9 16SrDNA序列的测定

2.2.10 试验探讨菌株培养最优条件、绘制最优条件下菌株生长曲线

2.2.11 不同Pb、Cd浓度菌株的生长测定

2.2.12 耐铅镉菌株对培养液中铅镉的去除率

2.2.13 培养液中铅镉含量的测定

2.2.14 数据处理

3 结果与分析

3.1 规模化猪场饲料中矿质元素含量的测定结果

3.2 规模养殖场猪粪中矿物质元素残留量检测结果

3.3 规模猪场配合饲料和猪粪中矿物质元素相关性分析

3.4 规模化养殖场猪粪中Zn和 Cu残留量超标评价

3.5 猪粪与小麦秸秆堆肥发酵相关指标的变化

3.5.1 猪粪与小麦秸秆发酵过程中温度变化

3.5.2 猪粪与小麦秸秆发酵过程中pH变化

3.5.3 猪粪与小麦秸秆发酵过程中含水量变化

3.5.4 猪粪与小麦秸秆发酵过程中全氮含量的变化

3.6 猪粪与玉米秸秆发酵实验

3.6.1 猪粪与玉米秸秆发酵温度的变化

3.6.2 猪粪与玉米秸秆发酵pH的变化

3.6.3 猪粪与玉米秸秆发酵的含水量变化

3.7 耐铅和镉菌株的筛选

3.7.1 C1和T2 菌株的基本生理特征

3.7.2 C1和T2 菌株的分子生物学鉴定

3.8 C1和T2 菌株培养条件优化及其对培养液中铅和镉的去除率

3.8.1 菌株培养条件

3.8.2 C1和T2 菌株的生长曲线

3.8.3 C1和T2 菌株对铅、镉最大耐受浓度试验

3.8.4 两种菌株对培养液中铅和镉的去除率

4 讨论

4.1 关于86 家猪场全价饲料中部分矿物质元素含量的测定结果

4.2 猪粪中部分矿物质元素的含量

4.3 猪饲料矿物质含量和粪便中重金属残留量的相关性

4.4 关于规模化养殖场猪粪中Zn和 Cu残留量超标评价

4.5 关于猪粪与小麦秸秆堆肥发酵相关指标的变化

4.6 关于猪粪与玉米秸秆发酵实验

4.7 耐铅、镉菌株的筛选与鉴定

5 结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读学位期间发表论文情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王怀中

导师: 曾勇庆

关键词: 生物修复,重金属钝化,粪污调研,发酵堆肥,抗性菌株

来源: 山东农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用,农业基础科学

单位: 山东农业大学

分类号: X713;X172

总页数: 64

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饲料和猪粪中重金属含量特征及堆肥耐铅镉菌株的筛选鉴定

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