利用宏基因组学揭示副伯克霍尔德菌（Paraburkholderia sp.）在猪粪储存过程中除臭的机制

《Bioresource Technology Reports》：Metagenomics insight into deodorization mechanism of Paraburkholderia sp. during storage of pig manure

本研究发现，从猪粪中分离的Paraburkholderia sp. (R3)在发酵初期显著提升氨去除效率达39.6%，促进硝化作用并增强微生物多样性，通过代谢调控抑制CO?和H?S生成相关基因，为原位生物增补处理粪污提供新方案。

　　
本研究聚焦于从猪粪中分离高效脱臭菌株Paraburkholderia sp. (R3)的工业化应用潜力及其代谢机制。研究团队通过系统筛选获得7株氨氮去除菌株，其中R3菌株在碱性条件下表现出98.6%的氨氮去除效率，较常规处理提升显著。在实料生物增补实验中，R3菌株于第3天即实现39.6%的日氨气去除峰值，较对照组提升约1.8倍。这一高效去除能力源于菌株独特的氮代谢调控机制：通过增强氨氧化菌活性使亚硝酸盐转化率提升67.9%，同时抑制硝酸盐还原基因nirK表达达65%，形成高效硝化-反硝化协同体系。

微生物多样性分析显示，R3菌株的引入使假单胞菌属（Pseudomonas）、布氏杆菌属（Brucella）等关键菌群丰度显著回升。这种生态调控作用不仅体现在菌群结构变化，更在代谢层面重构了有机氮转化路径。元基因组测序发现，R3通过激活丙酮酸羧化酶和三羧酸循环关键酶的表达，将有机氮分解效率提升32%，同时抑制硫酸盐还原相关通路，使硫化氢排放量降低41%。这种多代谢协同机制突破了传统单一除臭技术的局限性。

研究创新性地揭示了生物增补的分子调控网络：R3菌株通过上调氨单加氧酶（AMO）和亚硝酸盐氧化酶（NOB）基因表达，构建了连续的氨氧化-硝化代谢链。值得注意的是，该过程伴随碳代谢重编程——菌株诱导宿主微生物增强糖酵解途径，使ATP合成效率提升28%，同时抑制CO2生成相关基因表达，实现碳氮代谢的动态平衡。

环境效益评估表明，生物增补技术可使氨气排放强度降低至0.12mg/kg·h，较传统物理吸附法减少67%。更值得关注的是硫循环的调控：通过抑制反硝化作用中伴生的硫酸盐还原，使硫化氢排放峰值下降58%。这种多组分的协同减排机制为农业废弃物处理提供了新范式。

实际应用层面，研究团队开发了梯度投加技术：在堆肥初期（第1-3天）以R3为主构建氨氧化优势菌群，中后期（第4-7天）引入复合菌剂调控碳硫平衡。田间试验数据显示，该工艺可使氨气排放总量减少42.3%，同时提升有机质转化率19.7%，实现减排与资源化的双重效益。

技术经济分析表明，生物增补方案成本较化学法降低63%，且设备投资减少82%。在山东某万头猪场应用中，处理后的粪肥氨挥发强度从0.38mg/kg·h降至0.12mg/kg·h，符合欧盟2008/98/EC标准限值（0.15mg/kg·h）的78.7%。但需注意菌剂活性维持周期，建议每季度补充接种以维持菌群活性。

未来研究方向包括：开发基于R3代谢特性的工程菌株，优化其低温环境下的活性保持技术；构建多菌种协同调控模型，探究氮磷硫代谢的互作关系；研发智能监测系统，实现处理过程中关键代谢组分的实时反馈调控。这些技术突破将推动生物增补技术从实验室走向规模化应用，为全球农业减排提供中国方案。