《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Microbial community response to spent mushroom substrate composting methods by phospholipid fatty acid analysis
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废弃蘑菇基质通过四种堆肥系统处理，利用磷脂脂肪酸（PLFA）分析揭示微生物群落动态与温度、C:N比值的关系，证实低C:N比阻碍自加热但PLFA可监测活性及功能变化。
作者：Siobhan N. Jordan | Michael P. Farrell | Caroline T. Gilleran Stephens
爱尔兰卢斯郡邓多克市邓多克理工学院淡水与环境研究中心
摘要
废弃蘑菇基质（SMS）是蘑菇产业产生的废弃物，这种基质已无法再生产出质量较高的蘑菇。作为一种活性残留物，加之每年产生的大量废弃物，其后续管理面临诸多挑战。本研究采用四种不同的堆肥系统（恒温堆肥、绝热堆肥、风排堆肥和容器内堆肥）对SMS进行堆肥处理，旨在尽可能高效地将其转化为稳定成熟的堆肥材料。通过磷脂脂肪酸（PLFA）分析，研究了微生物群落在不同堆肥条件下的响应动态，以更深入地了解这些微生物群落。研究结果表明，SMS较低的C:N比例抑制了堆肥内部热能的生成，导致无法实现自热现象。CO2排放数据表明SMS仍具有较高的活性；PLFA分析结果进一步证实，在没有自热作用的情况下，微生物群落能够保持相对稳定的演替过程。PLFA分析还揭示了微生物活动在堆肥发热过程中的作用——随着温度的适度升高，微生物活性也随之增强。多年来，人们对堆肥过程的理解取得了显著进展，而PLFA分析方法为进一步调控这一重要过程提供了新的途径。
引言
废弃蘑菇基质（SMS）是蘑菇栽培的主要副产品，据估计每生产1公斤蘑菇会产生2.5至5公斤的SMS（Grimm等人，2021年；Khalil等人，2024年）。虽然产生量巨大，但也为循环经济实践带来了机遇。SMS已被成功用作土壤改良剂，可改善土壤有机质和养分状况（Carpio等人，2023年；Paula等人，2017年）。然而，未经处理的SMS直接使用可能会因高微生物活性及潜在病原体（如Campylobacter和Salmonella）的存在而对作物产量产生负面影响（Ntougias等人，2004年；Rao，2007年；Moore，2009年）。堆肥是一种广泛采用的稳定和成熟SMS的方法（Cozzolino等人，2016年；Zhang等人，2021年），但堆肥过程中的微生物机制，尤其是微生物群落的演替动态，仍需进一步研究。
目前，我们对SMS堆肥系统中微生物演替的理解仍存在不足。许多研究仅提供微生物群落的静态描述或强调堆肥成熟度的化学参数，而忽视了微生物动态的变化（Cozzolino等人，2016年；Carpio等人，2023年）。此外，基于DNA的测序等分子生物学方法虽然能有效分析分类多样性，但无法区分活性细胞与非活性细胞，从而限制了其对堆肥过程中微生物功能变化的研究。因此，需要结合分子生物学方法来捕捉活性微生物群体的动态变化。
磷脂脂肪酸（PLFA）分析具有量化活性微生物生物量的优势，并能区分细菌、真菌、放线菌及应激指标的功能组（B??th等人，1992年；Ruess & Chamberlain，2010年）。PLFA已被用于研究土壤和堆肥中的微生物演替，发现其响应管理措施和原料成分的变化（Pot等人，2022年；Siles等人，2024年）。在园艺系统中，PLFA分析揭示了细菌和真菌群落的功能变化与堆肥原料及成熟度的相关性（Pot等人，2022年）；在SMS和牡蛎壳堆肥中，PLFA测得的微生物多样性和活性与养分转化及植物生长促进作用有关（Khalil等人，2024年）。工业规模的堆肥研究还将PLFA分析与测序技术结合，用于监测塑料降解过程中的微生物响应，凸显了该方法在复杂条件下的应用价值（Risku等人，2025年）。
综上所述，PLFA在堆肥研究中的诊断价值不容忽视。然而，其在SMS堆肥中的应用仍较为有限，且很少有研究系统地比较不同堆肥方法的效果。本研究通过PLFA分析了四种堆肥系统（恒温堆肥、绝热堆肥、风排堆肥和容器内堆肥）中的微生物群落演替情况，旨在提升对微生物演替的理解，并展示PLFA在堆肥过程监测和稳定性评估中的作用。
堆肥系统与采样方法
所使用的SMS来源于用于栽培Agaricus bisporus的商业堆肥。共设置了四种堆肥系统，每种系统设置两个重复实验。
恒温堆肥系统：采用保温、通气的容器，在45°C下进行堆肥（Sundh & R?nn，2002年；Szmidt，2002年）。通过定期调整保持水分含量在50%以上（Maher等人，2000年；Elorrieta等人，2002年），并依靠水泵持续供氧。
堆肥成熟度与稳定性
堆肥初期产生的自热现象有助于抑制细菌数量，促进真菌生长并加速木质纤维素的降解，同时实现对基质的消毒（Dziejowski & Kazanowska，2002年）。对于废弃蘑菇基质（SMS）而言，该材料在蘑菇生产过程中已经过部分堆肥和蒸汽灭菌处理，因此病原体含量较低，自热潜力也有所减弱。
结论
研究表明，堆肥系统的设计显著影响废弃蘑菇基质（SMS）的物理化学变化和微生物演替。保温性能良好的系统（恒温堆肥、风排堆肥）能够有效促进木质纤维素降解、养分保留及微生物的有序演替；而保温效果较差的系统（绝热堆肥、容器内堆肥）则表现出较低的微生物多样性和较慢的稳定过程。尽管SMS的初始C:N比例较低，但PLFA分析仍表明...
作者贡献声明
Michael Farrell：撰写、审稿与编辑、实验设计。
Caroline Gilleran Stephens：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、方法论制定、资金申请、数据分析。
Siobhán N. Jordan：初稿撰写、项目监督
Barrena等人，2001年；Bernal等人，2009年；Brinton和Evans，2002年；Choudhary等人，2009年；Dungait等人，2011年；Insam和de Bertoldi，2007年；Jasińska，2018年；Malave-Orengo等人，2010年；Moore等人，2009年；Ngosong等人，2012年；Ramsey等人，2006年；Rao等人，2007年；Riddech等人，2002年；Rudrum等人，2002年；Stover等人，2012年；Umor等人，2021年；Zhu，2007年。
本研究的数据可向通讯作者[SJ]索取。
? 作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
感谢爱尔兰理工学院（IOTI）Strand 1项目（2008-2010年）及邓多克理工学院研究办公室提供的支持。
