養雞發酵床墊料中脫硫菌的分離及鑒定

徐慶賢劉蕓阮傳清羅曉建

(1.福建省農業科學院農產品加工研究所，福建 福州 350003；2.福建省農業科學院農業生物資源研究所，福建 福州 350003)

伴隨著養雞集約化產生的大量糞便造成環境污染，已經成為制約養雞業可持續發展的制約性因素。雞糞由于其高蛋白質導致的強烈惡臭，在各種畜禽糞便中，比牛糞、豬糞危害更大，也更難處理[1]。雞糞經微生物分解后，會產生硫化氫(H2S)、氨氣(NH3)揮發性有機化合物(VOCs)等氣體的排放，對人畜健康產生不利影響[2]，其中硫化氫是廢氣臭味的主要來源之一。在畜禽養殖過程中，提高糞污治理水平，可以大幅降低硫化氫、吲哚等惡臭氣體的產生和病菌傳播。微生物發酵床養殖技術是一種畜禽糞污治理模式，其將稻殼、鋸末、秸桿等作物廢棄物粉碎，做成墊料層鋪設于養殖舍地面，再將動物養殖于墊料層上[3]。雞糞便被墊料吸附、掩蓋，并在微生物的作用下消解，可以減少糞便污染環境。

人工加入微生物可以調節菌群結構、縮短發酵周期、提高發酵床運行質量，降低有害氣體的產生[4]，是發酵床運行良好的關鍵因素。采用發酵床法養雞，在養殖過程中不需要對雞糞進行人工清掃、貯存，也不用建沼氣池、污水池和糞場，運行良好時可大幅降低氨氣、硫化氫等惡臭氣體，已在雞的養殖中得到推廣應用[5，6]。

此外，在我國南方地區，夏季溫度高，雞發酵床墊料不宜鋪設太厚，這使得養殖過程中產生的硫化氫等惡臭氣體的控制更加困難。因此，有必要篩選更多的脫硫菌，為制備理想的發酵床復合菌劑，抑制雞舍硫化氫等惡臭氣體的產生提供菌種資源。由于發酵床墊料不僅是微生物分解雞糞的場所，同時也為這種分解提供碳源，本研究從養雞發酵床采集墊料，通過富集、分離和脫硫效果測定，獲得脫硫菌，為進一步研發發酵床復合菌劑奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 墊料樣品

2022年11月14日在福建省順昌縣某發酵床養雞場采集墊料樣品。養雞大棚面積1000m2，發酵床墊料厚度40cm，雞品種為“優公”，26日齡。按5點采樣法，在發酵床表面采集墊料，混合均勻，裝入干凈的自封袋，標記，用實驗冰袋冷藏帶回實驗室，保存冰箱4℃冷藏備用。

1.1.2 主要培養基及試劑

1.1.2.1 脫硫菌富集培養基

蛋白胨10g、牛肉膏2g、氯化鈉5g、硫化鈉2g，調節pH值至6.5～7.5，加入蒸餾水至1L，分裝至500mL三角瓶，121℃滅菌20min，備用。

1.1.2.2 脫硫菌分離平板

在脫硫菌富集培養基配方的基礎上，按17g·L-1濃度加入瓊脂，121℃滅菌20min，冷卻至50℃倒平板備用。

1.1.2.3 主要試劑

Biospin細菌基因組DNA提取試劑盒(上海捷瑞生物工程有限公司)；PCR擴增試劑(上海生工生物工程服務有限公司)；16S rDNA擴增引物(正向引物：5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′，反向引物：5′-GGTTACCTTGTTACGACTT-3′，上海生物工程有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌株富集、分離、純化

取墊料樣品10g，加入裝有90mL滅菌水的三角瓶(滅菌前瓶中裝入玻璃珠)，渦漩混合，再將三角瓶置于25℃，150r·min-1震蕩30min，取出靜置20min，移取上清液5mL至裝有100mL富集培養基的三角瓶中，放置于37℃，150r·min-1搖床培養2d。從培養液吸取5mL，轉移到新鮮富集培養基繼續培養48h，如此連續轉移培養5代。處理設3個重復。

吸取最后1次培養液1mL，用無菌水稀釋10-4、10-5、10-6、10-7倍后，取0.1mL涂布于分離平板上，在30℃培養箱中培養48h。取出平板，觀察菌落大小、形狀、顏色，挑取不同特征的菌落，標記菌株號，采用三線法在新鮮的分離平板上純化。將獲得的純化菌株分別采用斜面法和甘油法保存。

1.2.2 菌株的16s DNA序列分析

1.2.2.1 16s DNA序列的PCR擴增

取純化菌株的培養物，采用Biospin細菌基因組DNA提取試劑盒提取細菌基因組DNA，作為PCR擴增的模板，利用16S rDNA引物進行PCR擴增。PCR反應體系(25μL)：ddH2O 18.7μL、10×Taq Reaction Buffer 2.5μL、10mmol·L-1/each dNTP 0.5μL、引物各1μL、Taq DNA Polymerase 0.3μL、Temple 1μL。PCR擴增程序：94℃預變性5min，94℃變性30s，55℃退火45s，72℃延伸90s，35個循環，最后72℃延伸10min。用1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR擴增結果，用凝膠圖像分析系統觀察并保存。

1.2.2.2 PCR產物測序及序列對比分析

將擴增成功的PCR產物送交福州鉑尚生物技術有限公司測序。將測序結果通過網站GenBank(http：//www.ncbi.nlm.nih.gov)進行序列比對分析，選擇相關的參考菌株序列，再經Clustal X[7]對齊后，用軟件Mega 5.0[8]進行聚類分析(方法為Neighbor-Joining，Nucleotide：Jukes-Cantor)，構建聚類樹[8-10]。

1.2.3 菌株脫硫效果比較

將獲得的脫硫菌菌株在分離平板上純化培養48h，將純化好的菌株接種到脫硫菌富集培養基中，并以添加無菌水的培養基為對照，30℃、180r·min-1搖床培養48h。然后將培養的菌液取5%重新接入新的脫硫菌富集培養基中，對照組也取5%重新接入新培養基中，繼續做空白對照，30℃、180r·min-1搖床培養。在培養的過程中依據《水質硫化物的測定 亞甲基藍分光光度法》(HJ 1226-2021)，檢測并記錄0h、24h、48h、72h、96h的液體培養基的硫化物含量，并與空白對照組的硫化物含量進行對比，計算出硫化物降解率。

1.2.4 數據分析

在DPS數據處理系統中[11]，采用Tukey多重比較方差分析方法對不同處理的活菌數、pH和酸度進行比較。

2 結果與分析

2.1 菌株分離的結果分析

經16s DNA測序和GenBank(http：//www.ncbi. nlm.nih.gov)序列比對分析，并以軟件NJ法(Neighbor-Joining，Nucleotide：Jukes-Cantor)，結合Bootstrap method檢驗(檢驗次數為1000次)，構建系統發育樹，如圖1所示。從系統發育樹可以看出，菌株Td51和Td-53處于同一最小分枝，緊鄰的上一節點與Td52 Bootstrap值達91%，再上一節點與硬細胞芽孢桿菌Cytobacillus firmus strain NBRC 15306(NR_112635)相同，且Bootstrap method檢驗值為100%。菌株Td-54與枯草芽孢桿菌Bacillus stercoris strain D7XPN1(NR_181952)同處于最小分枝，且Bootstrap值達100%。菌株Td-55與硝化還原菌Nitratireductor aestuarii strain LMG 29090(NR 156984)最相似，Bootstrap值達99%。綜合系統發育樹分析結果，所獲得的菌株主要是芽孢桿菌屬(Bacillus)，如表1所示。

圖1 分離菌株基于16S rDNA序列構建的分子系統發育樹

表1 菌株樣品序列比對結果

2.2 菌株脫硫活性測定結果

由表2可以看出，在菌株剛接入時各培養液的硫化物起始濃度為1.00mg·L-1，相互間無顯著差異；24h后，接菌處理組的硫化物含量略低于對照組；48h后，接菌處理組的硫化物含量顯著低于對照組。試驗測得對照組硫化物殘留24h后為0.93mg·L-1，96h后為0.92mg·L-1，基本沒有變化。5株分離菌對硫化物96h后的降解率為34%～78%，因此，考慮菌株對硫化物去除率，菌株Td54、Td55去除率較好，可以作為下一步的研究對象。

表2 不同菌株培養液硫化物殘留及降解率

3 結論與討論

養雞發酵床墊料中存在大量的微生物，雖然大部分微生物因為分解雞糞產生惡臭氣體，但也有部分微生物可以降解這些惡臭氣體，因此可以將這類微生物作為篩選除臭微生物的潛在菌種。

本試驗通過富集、分離純化和16s DNA序列分析，從養雞發酵床墊料分離獲得5株具有脫硫功能的菌株，其中芽孢桿菌屬(Bacillus)4株。目前已知的脫硫微生物有芽孢桿菌屬、短桿菌屬、硫桿菌屬等10多個種屬[12]。本文研究結果大部分屬于芽孢桿菌屬，與已報道脫硫微生物相似。劉雪純等[12]從規模化豬場中分離篩選了2株能夠高效降解硫的菌株，分別為地衣芽孢桿菌和糞產堿桿菌。李玥等[1]從雞糞堆肥中分離到5株具有較好除臭效果的菌株均屬于芽孢桿菌屬，分別為Bacillus sp.、貝萊斯芽孢桿菌(Bacillus velezensis)、耐寒短桿菌(Brevibacterium frigoritolerans)、木糖葡萄球菌(Staphylococcus xylosus)、變異棒桿菌(Corynebacterium variabile)。李珊珊等[13]篩選出1株解淀粉芽孢桿菌(Bacillus amyloliquefaciens)。吳翔等[14]篩選1株原磷谷氨酸桿菌(Glutamicibacter protophormiae)。

通過水質硫化物的檢測方法檢測液體培養基中硫化物含量變化，結果表明，5株脫硫菌對硫化物的去除率在34%～78%。李珊珊等[13]報道的菌株對硫化氫的去除率為52%，吳翔等[14]報道的菌株對硫化氫的降解率為62.80%，本文分離的菌株中Nitratireductor aestuarii Td-55脫硫效果最強，去除率為78%。

在實際生產中，不同的微生物菌群可能起相互協同作用，選擇不同菌株混合發酵極有可能進一步提高脫硫降解率。周東興等[15]自蚯蚓糞中分離獲得了芽孢桿菌、黃單胞菌和假單胞菌各1株，經組合后可使硫化氫降解率提高71.53%。因此，有必要下一步研究脫硫效果最強的Td-54和Td-55菌株，與其他互補拮抗脫硫微生物進行菌種復配，有望進一步提高菌株脫硫效果，提高在發酵床上的應用潛力。