低温環境下における堆肥化のスタートアップに重要な基質および微生物の解析

对低温环境下堆肥启动重要的底物和微生物的分析

• 批准号: 21K05880
• 负责人: 花島 大
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Agriculture and Food Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05880/
• 关键词: 堆肥; 低温環境; 微生物; 温度; 基質; 細菌; RNA; 安定同位体; 堆肥化; 乳牛ふん

寒地の低温期には、堆肥化反応が起こらない、または反応が遅延する傾向にある。しかし堆肥温度を中温域まで上昇させることができれば、その後は加速度的に温度上昇が始まる現象が認められている。そこで本研究では低温環境下の堆肥化反応のスタートアップに重要な役割を果たす微生物および基質の特定を目的に掲げた。昨年度の結果では、堆肥温度が5℃から12℃まで上昇する際に存在比が有意に増加する７つの微生物種が検出されたが、うち１つは未分類と判定されている。遺伝子配列の相同性検索では未培養細菌の16S rRNA遺伝子以外にも、真核生物のミトコンドリアDNA配列との相同性も高いという結果が得られたことから、本年度は最初にこの未分類と判定された微生物種の特定を試みた。昨年度採取したRNAサンプルについて、次世代シーケンサーによる18S rRNAをターゲットとしたアンプリコンシーケンスを実施した結果、堆肥温度が上昇する際に真菌叢が変化すること、また未分類と判定された遺伝子配列はMucoromycotina亜門に属する真菌に由来する可能性が示された。堆肥原料に炭素源として、ペプトン、デンプン、およびオレイン酸を添加し、低温環境下における堆肥温度上昇効果を比較した。現在のところ、ペプトンおよびデンプンは、オレイン酸の添加に比較して低温環境下での温度の立ち上がりを早める傾向が認められているが、試験途中で温度制御に用いる低温恒温槽１台が動作不良となったため、新たに機器を購入し、次年度も引き続き炭素源添加効果を検証する。最終年度に実施予定の炭素源を原料に添加したパイロットスケール試験の予備試験として、秋から冬にかけての寒冷期に受動通気による堆積型堆肥化試験を実施した。強制通気を伴わない堆肥化処理においても、50℃以上の温度上昇が認められたことから、次年度は受動通気方式によるパイロット試験を実施する予定である。

In the cold season, composting begins and continues. The temperature rise of compost in the middle temperature range is recognized as the beginning of the phenomenon of temperature rise after acceleration. This study is aimed at revealing the important roles of microorganisms and substrates in composting processes at low temperatures. Last year's results showed that the compost temperature increased from 5℃ to 12℃, and the presence ratio increased intentionally. 7 microbial species were detected, 1 unclassified and determined. In addition to the 16S rRNA gene of uncultured bacteria, the similarity between gene sequences and the high similarity between eukaryotic DNA sequences has been found. Since then, this year we have initially conducted specific trials on this unclassified and identified microbial species. The results of the previous year's RNA test showed that the 18S rRNA gene was responsible for the growth of fungi in the compost and the unclassified gene was responsible for the formation of fungi in the genus Mucoromycotina. Compost raw material carbon source, temperature, acid addition, low temperature environment, compost temperature rise effect comparison The temperature control in the process of trial operation is poor, and the new machine is purchased, and the carbon source addition effect in the next year is verified. In the final year, the carbon source raw material is added, and the preliminary test is carried out. In the autumn and winter, the accumulation type composting test is carried out. Composting treatment with forced ventilation, temperature rise above 50℃, and forced ventilation mode in the next year.