整合宏組學(xué)方法研究番茄與玉米秸稈共堆肥生境中的關(guān)鍵微生物及其功能

朱 屹，李俊良，焦 博，朱倩倩，張小梅

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109）

0 引言

【研究意義】聯(lián)合國(guó)糧食和農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO）統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，2016 年中國(guó)的番茄（Solanum lycopersicum L.）產(chǎn)量超過(guò)5 600 萬(wàn)t。與高產(chǎn)作物同時(shí)產(chǎn)生的還有近1.3 億t 的番茄殘株，這些有機(jī)廢物亟需妥善處理[1]。堆肥是處理農(nóng)業(yè)廢棄物的有效手段之一。然而，傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵工藝持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、效率低，蔬菜秸稈較農(nóng)作物秸稈具有的高木質(zhì)素含量更是加劇了這一問(wèn)題[2]。同時(shí)，由于堆肥發(fā)酵是一個(gè)微生物生態(tài)學(xué)過(guò)程，物料來(lái)源及組成的不同，如蔬菜秸稈較糧食作物秸稈具有更高的含水率、更低的C/N 且富含氮磷鉀等植物必需營(yíng)養(yǎng)元素，將使得其內(nèi)直接或間接作用的微生物種類差異較大[3]。因此，針對(duì)蔬菜秸稈開展具體的堆肥化研究，并有效探明影響腐解的關(guān)鍵微生物及其功能，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化其發(fā)酵工藝具有重要作用[4]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人對(duì)秸稈類廢棄物堆肥化過(guò)程中的微生物群落結(jié)構(gòu)變化研究，多集中在利用保守標(biāo)記基因（如16S rRNA 等）指紋圖譜為基礎(chǔ)的分子生物學(xué)手段。如賈洋洋等[5]利用限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）技術(shù)研究了玉米秸稈堆肥中細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)變化；Liu 等[6]利用變性梯度凝膠電泳（DGGE）技術(shù)檢測(cè)了番茄秸稈堆肥過(guò)程中，不同調(diào)理劑（生物炭、泥炭沼、沸石等）的添加對(duì)細(xì)菌群落多樣性及其組成的影響。高通量焦磷酸測(cè)序技術(shù)的產(chǎn)生，為定性、定量地表征生態(tài)系統(tǒng)中全部的微生物群落信息提供了可能。該方法靈敏度較高，已被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜生境研究中[7-8]。然而，高通量測(cè)序產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)信息無(wú)法表征微生物活性。近年來(lái)，新興的宏蛋白質(zhì)組學(xué)（Metaproteomics）技術(shù)則可以原位（in situ）分析微生物的催化活性[9]，而整合了焦磷酸測(cè)序和宏蛋白質(zhì)組學(xué)的整合宏組學(xué)方法（Integrated meta-omics）則將微生物的群落結(jié)構(gòu)及其功能聯(lián)系了起來(lái)[10]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，整合宏組學(xué)方法已成功應(yīng)用于多種生態(tài)系統(tǒng)研究中[8]，但尚未見(jiàn)將其應(yīng)用于蔬菜廢棄物處理的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究首次將整合宏組學(xué)方法應(yīng)用于番茄秸稈堆肥中，用以揭示堆肥發(fā)酵期關(guān)鍵微生物的群落結(jié)構(gòu)、主要的降解酶類及關(guān)鍵微生物的功能，為針對(duì)番茄秸稈微生物菌劑的有效復(fù)配提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 物料來(lái)源

所用新鮮番茄秸稈取自青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園周邊農(nóng)場(chǎng)；用于調(diào)節(jié)堆肥參數(shù)的輔料——玉米秸稈直接來(lái)源于農(nóng)業(yè)示范園內(nèi)。物料的基本性質(zhì)如表1 所示。

表1 堆肥原料的理化性質(zhì)Table 1 Physiochemical properties of raw materials for composting

1.2 堆肥試驗(yàn)

堆肥試驗(yàn)于2017 年6～7 月在山東省青島膠州市青島農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)（120.1°E，36.4°N）內(nèi)進(jìn)行。先將番茄秸稈和玉米秸稈切成2～5 cm 的小段，然后按番茄秸稈和玉米秸稈有機(jī)碳為56%，總氮分別為2.8%和0.6%計(jì)算，二者按3∶1（m∶m）的比例混合，混合物料C/N 約為25∶1，調(diào)節(jié)物料含水率為50%～65%，堆成長(zhǎng)×寬×高約為5.5 m×1.5 m×1.5 m 的條垛，進(jìn)行條垛式堆肥研究。

1.3 取樣方法

堆肥試驗(yàn)共持續(xù)5 周。在發(fā)酵堆建堆開始后的第1、2、3、4、5 周（即第7、14、21、28、35 d）分別于堆體20～50 cm 深處、采用“五點(diǎn)取樣法”采集樣品，樣品混勻后分成兩部分。一部分自然風(fēng)干用于理化性質(zhì)的測(cè)定，一部分立刻-20 ℃凍存，用于提取樣品總DNA 和酶液的制備、酶學(xué)性質(zhì)分析。

1.4 理化性質(zhì)測(cè)定

為監(jiān)測(cè)發(fā)酵堆溫度的變化，將5 個(gè)1 m 長(zhǎng)的溫度計(jì)從堆體不同的方向和位置分別插入20～50 cm 深，每天同一時(shí)刻（14:00）記錄堆體內(nèi)部溫度，其平均值作為發(fā)酵堆每日溫度；同時(shí)記錄每日環(huán)境溫度的變化。物料含水率的測(cè)定根據(jù)所取樣品（10 g）在105℃下烘干過(guò)夜減少的重量計(jì)算得出。樣品pH值通過(guò)將樣品與去離子水按1∶9（W / V）配制，在240 r·min-1下 機(jī) 械 振 動(dòng)1 h 并 靜 置30 min 后，用pH 計(jì)（Ultra Basic-7，US）測(cè)定其上清液所得。利用外加熱重鉻酸鉀法測(cè)定樣品的有機(jī)質(zhì)含量[11]，有機(jī)質(zhì)含量除以換算系數(shù)1.724 得到有機(jī)碳量[12-13]。樣品的總氮量由凱氏定氮法測(cè)定[14]。

1.5 DNA 提取和焦磷酸測(cè)序

按照PowerSoil DNA Kit 使用說(shuō)明提取堆肥樣品的基因組DNA，每個(gè)樣品重復(fù)3 次。DNA 濃度用Nanodrop（Oxfordshire，UK）在260 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定。質(zhì)檢后的DNA 作為序列擴(kuò)增用模板，分別用條碼融合探針338F（5'-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3'）和806R（5'-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3'）覆蓋V3～V4 高變區(qū)擴(kuò)增16S rDNA 基因片段[15]；用1737F（5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3'）和2043R（5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3'）擴(kuò)增內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)（Internal transcribed spacer, ITS）rDNA 基因片段[16]。16S rDNA 和ITS rDNA 基因擴(kuò)增體系和條件按文獻(xiàn)[17]進(jìn)行。將擴(kuò)增產(chǎn)物統(tǒng)一成等摩爾濃度，用 ABI GeneAmp 9 700（Applied Biosystems, Foster City，CA，USA）和羅氏GS FLX 平臺(tái)（Roche Life Sciences，Indianapolis，IN，USA）測(cè)試分析。通過(guò)QIIME（http://qiime.org/scripts/assign_taxonomy.html）對(duì)所得序列信息進(jìn)行質(zhì)控。

1.6 系統(tǒng)發(fā)育分類

質(zhì)控后的序列信息利用UPARSE 方法進(jìn)行讀長(zhǎng)聚類，定義序列相似度≥97%的序列為一個(gè)操作分類單元（Operational taxonomic unit, OTU）。16S rDNA 和ITS rDNA 序列比對(duì)的參考數(shù)據(jù)庫(kù)分別為Silva（http://www.arb-silva.de）和ITS rRNA（http://unite.ut.ee/index.php）。

1.7 酶活測(cè)定及統(tǒng)計(jì)分析

粗酶液按文獻(xiàn)[18]所述方法制備。蛋白酶活性采用Folin-酚法[19]；內(nèi)切纖維素酶和木聚糖酶活性采用二硝基水楊酸（DNS）法測(cè)定[20]。所有試驗(yàn)均重復(fù)3 次。以相對(duì)酶活性（同一實(shí)驗(yàn)條件下，各吸光度與最大吸光度的比值）表征各酶活性隨時(shí)間的變化。酶活性與主要微生物屬（平均相對(duì)豐度＞1%）間的Pearson 相關(guān)系數(shù)通過(guò)SPSS v20.0（SAS Inc., USA）計(jì)算，并設(shè)定P＜0.05 和P＜0.01 為顯著相關(guān)和極顯著相關(guān)。

1.8 蛋白提取和宏蛋白質(zhì)組學(xué)分析

取第3 周的堆肥樣品用于宏蛋白質(zhì)組學(xué)分析。將25 g 堆肥樣品、100 mL 去離子水混勻后，置于4 ℃浸提24 h，4 ℃ 10 000 r·min-1離心10 min，收集上清液，并通過(guò)0.22 μm 濾膜過(guò)濾。濾液再分別通過(guò)3 kDa的超濾管（Sigma-Aldrich, St.Louis, MO, USA）超濾濃縮、三氯乙酸沉淀、雙蒸水重懸成適當(dāng)濃度后，按張麗麗等[7]的方法進(jìn)行胰酶消化和脫鹽。獲得的肽溶解于10 μL 50%（V / V）乙腈和0.1%（V / V）三氟乙酸溶液中，并通過(guò)LTQ-Orbitrap-MS/MS（Thermo Fisher, Pittsburg.PA，USA）進(jìn)行質(zhì)譜鑒定。樣品酶解后的肽段通過(guò)2000 V 的電壓噴入質(zhì)譜儀，轉(zhuǎn)移毛細(xì)管的溫度為275 ℃。所得數(shù)據(jù)通過(guò)Xcalibur 2.2.0（Thermo Fisher Scientific）進(jìn)行分析。

1.9 質(zhì)譜數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析

從Uniprot 數(shù)據(jù)庫(kù)（http://www.uniprot.org）中下載第3 周堆肥樣品中豐度較高的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬和優(yōu)勢(shì)真菌屬（Thermomyces）的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)信息，形成質(zhì)譜數(shù)據(jù)比對(duì)的參考數(shù)據(jù)庫(kù)。用Proteome Discovered software 1.4（Thermo Fisher Scientific）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。錯(cuò)配閾值設(shè)為0.05。設(shè)定當(dāng)某蛋白在第3 周堆肥樣品的3 個(gè)重復(fù)中被檢測(cè)到兩次及以上時(shí)，認(rèn)為該蛋白存在，3 個(gè)平行樣的光譜數(shù)（Spectrum count）平均值作為該蛋白的平均相對(duì)豐度[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥表觀變化

為監(jiān)測(cè)發(fā)酵堆的表觀變化，堆體在第一次取樣時(shí)進(jìn)行了縱剖。發(fā)現(xiàn)表層（0～20 cm）樣本干燥且相對(duì)完整；中間層（20～50 cm）有白色菌絲明顯可見(jiàn)；而底層（＞50 cm）白色菌絲消失。這種分層現(xiàn)象在之前的文獻(xiàn)中也有報(bào)道[8]，表明在沒(méi)有翻堆的情況下，中間20～50 cm 深度范圍內(nèi)最適合微生物生長(zhǎng)[22]。因此，采集該層樣品深入分析。

2.2 溫度和酶活性的變化

堆溫在第1 d 時(shí)就迅速由28 ℃升高到55 ℃，且在整個(gè)監(jiān)測(cè)期內(nèi)溫度都高達(dá)50 ℃以上（圖1-a），說(shuō)明高溫堆肥試驗(yàn)成功。監(jiān)測(cè)了與碳氮代謝相關(guān)主要酶活性的變化，發(fā)現(xiàn)蛋白酶在第7 d 時(shí)活性較高，之后下降，至第3 周時(shí)酶活性最高，之后又快速下降；而作為植物生物質(zhì)降解的主要酶類，內(nèi)切纖維素酶和木聚糖酶在開始的前3 周內(nèi)酶活性不斷上升，之后下降（圖1-b）。這與堆肥初期先降解可溶性有機(jī)物，堆溫快速上升；然后再對(duì)較難降解的纖維素和半纖維素類物質(zhì)降解的規(guī)律是一致的[23]。由于第3 周時(shí)碳氮代謝主要酶的活性最高，故對(duì)該周樣品進(jìn)行了后續(xù)高通量焦磷酸測(cè)序和Orbitrap 宏蛋白質(zhì)組學(xué)分析。

圖1 堆肥溫度（a）和主要酶活力（b）的變化Fig.1 Changes on temperature （a） and activities of primary enzymes （b） in compost

2.3 微生物群落組成

對(duì)第3 周3 個(gè)重復(fù)樣品進(jìn)行高通量測(cè)序，質(zhì)控后分別獲得26 898、30 863 和28 457 條16S rDNA 序列和59 845、61 299、60 128 條ITS rDNA 序列；這些序列分別對(duì)應(yīng)679、703 和681 個(gè)細(xì)菌OTU 及259、276 和297 個(gè)真菌OTU。細(xì)菌OTU 被歸為6 個(gè)主要的門（平均相對(duì)豐度＞1%）。豐度最高的前4 個(gè)門分別為變形菌門Proteobacteria（37.2%）、厚壁菌門Firmicutes（26.4%）、放線菌門Actinobacteria（23.0%）和擬桿菌門Bacteroidetes（8.25%）（圖2-a），這與之前的文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[24]。其中，放線菌門下主要的屬為嗜熱裂孢菌屬Thermobifida（16.5%）和糖單孢菌屬Saccharomonospora（1.36%）；變形菌門下主要的屬為海源菌屬Idiomarina（15.6%）；厚壁菌門的代表屬有Limnochordaceae norank（5.40%）、芽孢桿菌屬Bacillus（4.25%）和嗜熱桿菌屬Thermobacillus（1.91%）；黃桿菌屬Flavobacterium（2.37%）是擬桿菌門的典型代表（圖2-c）。相對(duì)于細(xì)菌群落而言，真菌的群落結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。子囊菌門Ascomycota占絕對(duì)統(tǒng)治地位，比例為81.3%（圖2-b），其中嗜熱真菌屬Thermomyces 為優(yōu)勢(shì)真菌屬（相對(duì)豐度70.5%）（圖2-b）。

對(duì)照整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中主要（平均相對(duì)豐度＞1%）微生物的群落結(jié)構(gòu)變化（圖3），可以看出，海源菌屬Idiomarina 是第1 周時(shí)的主要細(xì)菌屬（相對(duì)豐度11.6%），第2 周時(shí)基本檢測(cè)不到，至第3 周時(shí)相對(duì)豐度又提高至15.6%。第2 周時(shí)主要細(xì)菌屬為L(zhǎng)imnochordaceae norank（17.9%）和氫化菌屬Hydrogenispora（14.9%）。嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 和嗜熱真菌屬Thermomyces在發(fā)酵開始后豐度逐漸提高。嗜熱裂孢菌屬Thermobifida第1 周時(shí)僅為1.4%，至第2 周時(shí)已升至8.9%；嗜熱真菌屬Thermomyces 也由開始時(shí)的10.0%提高至61.1%。至第3 周時(shí)，二者豐度分別升至16.5%和70.5%，成為該時(shí)期的主導(dǎo)細(xì)菌和真菌屬。之后二者豐度逐漸降低，至發(fā)酵結(jié)束時(shí)，相對(duì)豐度僅為1%左右。

2.4 宏蛋白質(zhì)組學(xué)分析

從圖1-b 可以看出，第3 周時(shí)植物生物質(zhì)降解相關(guān)的酶（內(nèi)切纖維素酶和木聚糖酶）活性最高，秸稈降解的主要功能微生物代謝最為旺盛，對(duì)該時(shí)期樣品進(jìn)行質(zhì)譜鑒定更能快速定位秸稈降解的關(guān)鍵微生物[7-8]。利用LTQ-Orbitrap-MS/MS 對(duì)第3 周的堆肥樣品進(jìn)行分析，所得數(shù)據(jù)與主要的微生物屬（圖2-c）蛋白質(zhì)組進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)嗜熱裂孢菌屬Thermobifida是堆肥中的主要功能微生物。堆肥樣品中鑒定到的纖維素酶全部由嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 產(chǎn)生，同時(shí)還鑒定到源于該屬的一種木聚糖酶（P74912）、一種果膠裂解酶（Q47MW8）和兩種具有纖維素結(jié)合能力的蛋白（Q47PB9 和Q47QG3）（表2）。以上結(jié)果說(shuō)明，嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 在纖維素的結(jié)合與降解、半纖維素的降解和果膠裂解過(guò)程中發(fā)揮重要作用，是堆肥有機(jī)質(zhì)形成的主要參與者，這與之前的文獻(xiàn)報(bào)道是一致的[7]。

圖2 第三周堆肥樣品中細(xì)菌門（a）、真菌門（b）及主要屬（平均相對(duì)豐度＞1%，c）組成Fig.2 Microbes by bacterial phylum (a), fungal phylum (b) and genera with average relative abundance greater than 1% (c) in 3-week compost sample

鑒定到的木聚糖酶產(chǎn)生者，除嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 外， 還有放線菌門的糖單孢菌屬Saccharomonospora；厚壁菌門的清野氏菌Planifilum及子囊菌門的嗜熱真菌屬Thermomyces，三者所產(chǎn)木聚糖酶的家族和登錄號(hào)分別為GH10 家族的I1C XX6、GH35 家 族 的A0A1I2PGX8 和GH11 家 族 的O43097（表2）。清野氏菌Planifilum 隸屬于高溫放線菌科Thermoactinomycetaceae，革蘭氏陽(yáng)性好氧菌，該屬菌株最適生長(zhǎng)溫度35～65℃[25]，在蘑菇渣堆肥、干草堆、土壤和水體中廣泛分布[26-27]。嗜熱真菌屬Thermomyces 相對(duì)豐度與木聚糖酶活性顯著正相關(guān)（表3），同時(shí)，Thermomyces lanuginosus 被證明因能產(chǎn)生多種耐熱半纖維素酶而在多種物料的堆肥發(fā)酵過(guò)程中大量出現(xiàn)[7]。以上結(jié)果說(shuō)明，嗜熱裂孢菌屬Thermobifida、糖單孢菌屬Saccharomonospora、清野氏菌Planifilum 和嗜熱真菌屬Thermomyces 是主要的半纖維素降解者。

鑒定到參與蛋白質(zhì)降解的功能菌主要為糖單孢菌屬Saccharomonospora 和海源菌屬Idiomarina。糖單孢菌屬Saccharomonospora 最早分離自蘑菇渣堆肥中，其胞外蛋白酶多耐熱（如最適溫度60 ℃）且偏堿性（如最適pH 8.0）[28]。在本研究結(jié)果中，源于Saccharomonospora 的蛋白酶主要有兩類：絲氨酸蛋白酶（C7MXV7、A0A1V9AC37）和胰蛋白酶（C7MV18、C7MTG2）。這些都是典型的堿性蛋白酶。除此之外，還鑒定到一種源于海源菌屬Idiomarina的絲氨酸內(nèi)切蛋白酶（A0A094IT45）。該蛋白酶的鑒定、Idiomarina 的相對(duì)豐度與蛋白酶活性間的顯著正相關(guān)性結(jié)果（表3）表明，海源菌屬Idiomarina 在堆肥發(fā)酵蛋白質(zhì)的降解過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

圖3 不同時(shí)期所取堆肥樣品在細(xì)菌（a）和真菌（b）屬層次上的組成Fig.3 Genera of bacteria （a） and fungi （b） in samples collected at different times

表2 第3 周堆肥樣品中主要細(xì)菌屬和真菌屬分泌蛋白的功能鑒定Table 2 Functions of enzymes secreted by dominant bacterial and fungal genera in samples taken in 3rd week

續(xù)上表

表3 主要微生物屬和酶活性的相關(guān)性Table 3 Correlations between dominant genera and enzyme activities

3 討論與結(jié)論

本研究利用整合宏組學(xué)技術(shù)研究了番茄秸稈與玉米秸稈共堆肥生境中的關(guān)鍵微生物及其功能，從基因豐度上看，主要細(xì)菌門為放線菌門Actinobacteria（23.1%）、變形菌門Proteobacteria（37.3%）和厚壁菌門Firmicutes（26.5%），主要細(xì)菌屬為嗜熱裂孢菌屬Thermobifida（16.5%）、海源菌屬Idiomarina（15.6%）、芽孢桿菌Bacillus（4.2%）、黃桿菌屬Flavobacterium（2.4%）、熱 桿 菌 屬Thermobacillus（1.9%）、 糖 單 孢 菌 屬Saccharomonospora（1.4%）和清野氏菌Planifilum（1.2%）；主要真菌門為子囊菌門Ascomycota（81.3%），代表屬為嗜熱真菌屬Thermomyces（70.5%）。嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 功能多樣，既通過(guò)產(chǎn)生GH5、GH9 家族的內(nèi)切纖維素酶，GH6、GH48 家族的纖維二糖水解酶參與纖維素的降解；又通過(guò)分泌GH10 家族的β-木聚糖酶參與半纖維素的降解；同時(shí)參與果膠裂解。糖單孢菌屬Saccharomonospora 主要參與蛋白質(zhì)的降解，分泌多種絲氨酸蛋白酶和胰酶，同時(shí)通過(guò)產(chǎn)生GH10 家族的β-木聚糖酶，參與木聚糖的降解。其他功能菌還有，清野氏菌Planifilum 和嗜熱真菌屬Thermomyces 分別通過(guò)產(chǎn)生GH10 和GH11 家族的內(nèi)切-1,4-β-木聚糖酶參與半纖維素的降解，海源菌屬Idiomarina 通過(guò)分泌絲氨酸蛋白酶參與蛋白質(zhì)的降解。

在本研究中，嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 是唯一的纖維素降解者，這與Anbarasan 等[29]的研究結(jié)果基本一致，認(rèn)為嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 因能產(chǎn)生多種纖維素酶和半纖維素酶，是秸稈類堆肥物料的主要降解者。除嗜熱裂孢菌屬Thermobifida 外，糖單孢菌屬Saccharomonospora、清野氏菌Planifilum 和嗜熱真菌屬Thermomyces 共同參與番茄秸稈半纖維素的降解，而Zhang 等[7]關(guān)于玉米秸稈條垛式堆肥的研 究 發(fā) 現(xiàn)，Thermomyces lanuginosus、Aspergillus 和Thermopolyspora 是半纖維素的主要降解者。這種功能微生物的差異可能因堆肥物料的組成和性質(zhì)、環(huán)境因子，如溫度、濕度、供氧量和C/N 等因素有關(guān)[30]。

同時(shí)，Liu 等[6]利用DGGE 技術(shù)研究了生物炭、泥煤沼和沸石等調(diào)理劑對(duì)番茄秸稈堆肥過(guò)程中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明黃桿菌屬Flavobacterium對(duì)應(yīng)條帶較明顯，且廣泛存在于堆肥發(fā)酵各階段。在本研究結(jié)果中，黃桿菌屬Flavobacterium 同樣具有相對(duì)較高的豐度（2.4%），但質(zhì)譜檢測(cè)時(shí)并未檢出源于該菌的蛋白。由于DGGE 指紋圖譜技術(shù)和高通量焦磷酸測(cè)序技術(shù)均是基于DNA 的序列差異對(duì)微生物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。在樣品總DNA 的提取過(guò)程中，無(wú)論是有生命的還是已經(jīng)死亡的生物體DNA 均會(huì)被提取出來(lái)。例如，據(jù)估算，土壤總DNA 的40%源于已經(jīng)死亡或不完整的生物體[31]。因此，僅通過(guò)分子生物學(xué)手段或高通量焦磷酸測(cè)序，以基因豐度來(lái)表征微生物的重要程度是有挑戰(zhàn)性的[32]。

基于蛋白質(zhì)水平的檢測(cè)技術(shù)（如質(zhì)譜等）僅對(duì)活的細(xì)胞及其產(chǎn)生的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，其表征的功能微生物群落結(jié)構(gòu)肯定會(huì)與基于DNA 水平（如DGGE、高通量測(cè)序等）的微生物群落結(jié)構(gòu)有所差異。如在本研究中，F(xiàn)lavobacterium 的基因豐度雖占細(xì)菌全部序列的2.4%，但卻沒(méi)有檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的胞外蛋白。因此，只有將高通量焦磷酸測(cè)序和宏蛋白質(zhì)組學(xué)方法聯(lián)合起來(lái)，形成“整合宏組學(xué)方法”，才能更好地將微生物的群落結(jié)構(gòu)及其參與的生態(tài)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。

此外，本文僅檢測(cè)了植物生物質(zhì)和蛋白質(zhì)降解最旺盛時(shí)期（第3 周）的微生物群落組成及關(guān)鍵微生物的功能。整個(gè)發(fā)酵周期內(nèi)主要微生物的群落演替及其功能變化需要進(jìn)一步深入研究[33]。