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。

在寒冷地区的寒冷季节中，堆肥反应往往不会发生或延迟。但是，如果堆肥温度可以提高到中等温度范围，则温度升高以加速速率开始。因此，这项研究旨在鉴定微生物和底物在初创企业在低温环境下堆肥反应中发挥重要作用。在去年的结果中，当堆肥温度从5°C升至12°C时，七个微生物物种的丰度比显着增加，其中一种已被确定为未分类。在搜索基因序列同源性时，我们发现，除了未培养细菌的16S rRNA基因外，与真核生物的线粒体DNA序列也具有很高的同源性，因此，今年我们首先试图鉴定被判断为未分类的微生物物种。去年收集的RNA样品使用下一代测序仪进行靶向18S rRNA的扩增子测序，并表明，当堆肥温度升高时，真菌植物群会发生变化，并且确定未分类的基因序列可以从属于肌纤维肌瘤的真菌中得出。添加肽，淀粉和油酸作为堆肥原料的碳源，并比较低温环境中堆肥温度升高的效果。目前，与添加油酸相比，在低温环境中，肽和淀粉的温度往往更快，但是随着用于温度控制的一个低温恒温浴在测试期间出现故障，将购买新的设备，并且添加碳源的效果将继续在明年进行验证。作为试点量表测试的初步测试，在该测试中，将碳源添加到原材料中，该测试计划在最后一年进行，从秋季到冬季，在寒冷的季节进行了使用被动式曝气的沉积型堆肥测试。在没有强迫气流的堆肥处理中，观察到温度升高或更多，因此将在明年进行被动气流的试验测试。