寒冷地区粪污除臭微生物的筛选及功效评价：以中国新疆为例

《Microorganisms》：Screening and Efficacy Evaluation of Deodorizing Microbes for Manure Waste in Cold Regions: A Case Study of Xinjiang, China

　　

常规除臭微生物制剂（microbial agents）耐寒性较差。本研究旨在通过筛选中国新疆多地恶臭污染环境，获得能够降解氨（ammonia, NH3）和硫化氢（hydrogen sulfide, H2S）的功能菌株。研究人员利用选择性培养基（selective media）分离除臭细菌，采用锌铵络合盐比色吸收法（zinc ammonium complex salt colorimetric absorption method）和硼酸吸收凯氏定氮法（boric acid absorption Kjeldahl nitrogen determination method）测定其除臭效率，并通过16S rRNA基因序列分析对菌株进行鉴定。随后将所得菌株配制成除臭微生物制剂，并评估其联合除臭效果。研究获得了3株氨降解菌株，分别鉴定为变形沙雷氏菌（Serratia proteamaculans）、 Bergeri谷氨酸杆菌（Glutamicibacter bergeri）和腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens），第10天时最大降解率分别达到52.62%、63.81%和50.80%。此外，在低温条件下分离出2株属于假单胞菌属（Pseudomonas）的硫化氢降解菌，编号为N16和N56。菌株N16在第5天达到最高降解率43.52%，而菌株N56在第10天达到57.50%。最终获得一种高效除臭微生物制剂，命名为制剂E（Agent E），其氨降解率为52.67%，硫化氢降解率为78.74%。

该研究发表于《Microorganisms》。畜牧业是动物蛋白的核心供应者，随着养殖规模扩大，畜禽养殖产生的气味污染日益受到关注。常见除臭方法包括物理、化学和微生物法，其中微生物除臭因安全、环保、经济成为畜禽场首选，可将NH₃、H₂S等分解为CO₂、水和硝酸盐等无害低毒产物。然而常规微生物制剂（mesophilic inoculants）多为中温型，温度下降时代谢活性骤降。新疆等寒冷地区冬季室外虽低于零下20摄氏度，但畜舍因群体体热和保温维持在10至15摄氏度，仍接近常规制剂下限导致冬季性能下降。因此筛选能在典型冬季运行温度约15摄氏度维持除臭活性的微生物，对改善寒冷地区全年生物处理具实际意义。低温除臭菌尤其是嗜冷菌（psychrophiles）能在冷环境保持高代谢与降解力，可产生冷适应酶（cold-active enzymes）加速分解，已有研究表明其在低温堆肥及降解大分子污染物方面具潜力，本研究据此针对新疆畜舍冬季实际温度限制开展功能微生物筛选与评价。

研究人员从新疆北疆5个畜禽场采集12份样本，包括新鲜粪便、堆肥、恶臭土壤、废水和污泥，所有样本于冬季12月至2月采集以反映寒冷月份实际温度。经分离纯化获得206株纯菌株，通过初筛与定量复筛评估15摄氏度下NH₃与H₂S去除效率，开展拮抗试验排除互斥菌株，利用16S rRNA基因序列分析鉴定菌种，并将筛选菌株按不同组合配制成复合除臭制剂（composite deodorizing agents），以商品制剂为阳性对照在新鲜粪便及初步现场场景评估除臭效果，数据分析采用单因素方差分析（one-way ANOVA）及Dunnett多重比较检验。

3.1. Strain Isolation Results

研究人员从样本中共分离出206株纯菌株，其中NB培养基产出最多为115株，其次为Gauze一号合成培养基55株、PDB培养基31株、MRS培养基5株，MRS产株少可能归因于样本中乳酸菌丰度有限。

3.2. Preliminary Screening of Strains

研究人员对分离菌株利用NH₃选择性和H₂S选择性培养基进行初步定性筛选，29株在NH₃选择性培养基诱导浑浊表明能利用NH₃，26株在含NA₂S的H₂S选择性培养基生长表明能降解H₂S，其中10株兼具两种能力，但初筛结果被视为暂定，因生长可能仅反映耐受而非真正降解，需复筛定量确认。

3.3. Secondary Screening of Strains

研究人员对初筛阳性菌株进行复筛，证实并非所有初筛阳性株具真正降解活性，如NAC4第5天NH₃去除仅0.15%却有初筛浑浊，而GAA4第5天14.65%、第10天63.81%证实定量复筛有效性。获得3株高效氨降解株NAC4、NCA7、GAA4，第10天达最大降解，第5天NCA7最高24.87%，第10、15天GAA4最高63.81%和41.43%。H₂S筛选获4株高效株NAB2、NAC2、NBB8、NCC7，第5天NAB2最高43.51%，第10天NBB8最高58.38%。

3.4. Antagonism Assay Results

研究人员在平板对峙试验中观察到GAA4与NAB2、NCA7与NAB2、NCC7与NAB2间有明显拮抗作用并形成抑制区，其余菌株无显著拮抗，菌落正常生长无清晰拮抗线或抑制区。

3.5. Growth Characteristics of Selected Strains at 15 °C

研究人员测定6株选株在15摄氏度生长动力学，所有株均具可检测生长且模式各异。NAC4 6小时进指数期16小时稳定期；GAA4滞后期0至12小时，12至18小时指数增长；NCA7 8小时起始增长至24小时线性增无爆发；NAC2滞后期6小时持续至24小时；NBB8滞后期最长0至18小时，18至26小时指数；NCC7滞后期最短0至4小时，8小时进稳定期。

3.6. Strain Identification Results

研究人员以6株菌液为模板用通用细菌引物PCR扩增16S rDNA片段，产物约1500 bp。构建系统发育树鉴定高效除臭株为变形沙雷氏菌（Serratia proteamaculans）、 Bergeri谷氨酸杆菌（Glutamicibacter bergerei）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）、海源嗜冷杆菌（Psychrobacter maritimus）及假单胞菌属（Pseudomonas sp.）。

3.7. Performance of Mixed Bacterial Inoculants

研究人员用6株菌不同组合配制8种复合制剂。NH₃去除第5天各组显著低于对照组，E组最低92.4至129.2 mg/L；第10天普遍升高但B、C组较低；第15天C、E组显著降。H₂S去除第5天各组显著低于对照组6.8至9.6 mg/m³，E、H组最低；第10天C、E组较低；第15天E、H组较低。第10天E组NH₃降解66.92%、H₂S 85.25%最优，选为Agent E。现场废水处理10%接种量10天后澄清与臭味改善，畜舍喷洒第3至7天处理区NH₃低于对照，第8天因突降至0摄氏度均降至约3 μmol/mol。

讨论部分指出中国畜禽粪污总量持续增长，未处理粪污释放NH₃与H₂S威胁健康。微生物除臭具环保低成本优势，但现有多为中温株，低温下膜流动性降、酶受抑致功能丧失。本研究在新疆寒冷环境筛得5株低温除臭菌，单株NH₃降解50.80%至63.81%，H₂S 43.52%至57.50%，通过合成冷适应酶等耐冷维持代谢。单菌株有局限，复合制剂通过功能互补与代谢协同提升性能，Agent E在低温下NH₃与H₂S降解达52.67%和78.74%，H₂S显著提升，证实复配策略有效。高效除臭集中在5至10天，与菌株15摄氏度指数期对应，生长模式互补延长性能。现场试验显示Agent E在真实条件具活性但弱于实验室，因温度更低、开放环境与竞争菌群，建议5至7天重施及温度超10摄氏度时应用。效率随培养时间波动因底物消耗、群落失衡与产物抑制，需适度增量与周期重施加以维持活性。研究局限包括样本量小仅冬季采样、主要为实验室评估缺乏长期大规模验证、仅评NH₃与H₂S未系统评VOCs等、耐寒分子机制与协同网络不清，未来需扩大采样、田间试验与基因组转录组分析。

结论部分翻译：本研究获得3株低温粪污氨降解菌株N24、G4和N75，鉴定为变形沙雷氏菌（Serratia proteamaculans）、盐生植物谷氨酸杆菌（Glutamicibacter halophytocola）和腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens），第10天降解率峰值分别为52.62%、63.81%和50.80%。获得2株低温硫化氢降解假单胞菌（Pseudomonas）N16和N56，N16第5天最高43.52%，N56第10天57.50%。制备除臭微生物制剂E，氨降解率52.67%，硫化氢降解率78.74%，从而确定了有效的除臭剂组合。

要不要我帮你把这篇论文解读按“背景-方法-结果-讨论”的结构拆分成更清晰的段落大纲，方便你后续整理笔记或汇报使用？