畜禽养殖发酵床微生物组多样性

　　本书是“畜禽粪污微生物治理及其资源化利用丛书”的一个分册，主要介绍了发酵床微生物组研究方法、养猪原位发酵床微生物组多样性、养猪饲料发酵床微生物组多样性、发酵床猪肠道与皮毛微生物组多样性、养牛原位发酵床微生物组多样性、养羊原位发酵床微生物组多样性、异位发酵床微生物组多样性等内容。 本书具有较强的系统性和应用性，可供从事畜禽养殖、环境保护、生物农药、生物肥料、微生物菌剂和微生物研究科研人员、技术人员和管理人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、生物工程、农业工程、生态工程及相关专业师生参阅。

　　刘波，福建省农业科学院农业生物资源研究所，二级研究员，德国博士后，美国访问学者；从事微生物生物技术与农业污染微生物治理研究，国家发改委微生物菌剂国地工程研究中心主任，微生物发酵床发明人之一，研究获专利40项，发表论文600多篇（SCI=80多篇），出版作者19部，获得各级科技奖项19个。

第一章　绪论 001
第一节　微生物发酵床畜禽养殖原理 002
第二节　发酵床微生物群落研究进展 002
第三节　细菌群落宏基因组研究进展 003
第四节　真菌群落宏基因组研究进展 011

第二章　发酵床微生物组研究方法 016
第一节　概述 017
一、微生物宏基因组学 017
二、微生物宏基因组数据分析 017
三、微生物宏基因组分析方法 017
第二节　研究方法 018
一、发酵床垫料样本采集及垫料理化性质测定 018
二、发酵床垫料的发酵程度等级划分 018
三、宏基因组高通量测序 018
四、宏基因组测序数据质控 019
五、分类操作单元聚类分析 019
六、分类操作单元抽平处理 019
七、核心微生物组分析 019
八、物种分类和丰度分析 019
九、样本复杂度分析 020
十、显著性差异分析 020
第三节　发酵床微生物高通量测序与统计工作流程 021
一、微生物组高通量测序 021
二、短序列去杂 021
第四节　微生物发酵床细菌分类操作单元分析 022
一、发酵床细菌分类操作单元提取 022
二、发酵床细菌分类操作单元比对 023
三、发酵床细菌分类操作单元抽平处理 024
四、发酵床细菌分类操作单元稀释曲线 024
五、发酵床细菌分类操作单元群落α-多样性 024
六、发酵床部分样本微生物物种谱系演化 025
第五节　微生物发酵床核心微生物组分析 028
一、发酵床微生物组共有OTU数与覆盖样本数关系 028
二、微生物发酵床冬季和春季共有和特有微生物组OTU数分析 029
三、发酵床微生物组OTU丰度主成分分析 029
四、发酵床微生物组OTU秩-多度曲线 029
五、发酵床微生物组OTU物种累积曲线 030
六、发酵床微生物组OTU分类阶元数量分布 030
七、发酵床微生物组OTU丰度柱状图分析 031
八、发酵床冬季和春季微生物组OTU丰度柱状图分析 031
九、发酵床微生物组OTU物种热图分析 032
十、发酵床微生物组OTU物种星图分析 033
第六节　发酵床微生物组OTU α-多样性种类复杂度分析 035
一、发酵床单个样本微生物组OTU种类复杂度分析 035
二、发酵床冬季和春季微生物组OTU箱线图分析 035
三、发酵床微生物组OTU α-多样性指数秩和检验 036
第七节　发酵床微生物组OTU β-多样性种类复杂度分析 037
一、发酵床样本间微生物组OTU UniFrac距离 037
二、发酵床样本间微生物组OTU UniFrac距离聚类分析 038
三、发酵床样本间微生物组OTU主坐标分析 038
第八节　发酵床微生物组OTU差异性分析 040
一、发酵床微生物组OTU差异效应判别分析 040
二、发酵床不同分类阶元微生物组OTU差异分析 040
三、发酵床属分类阶元微生物组OTU差异分析 042
四、发酵床冬季和春季微生物组OTU主成分分析 043
第九节　发酵床微生物组OTU种类冗余分析 043
一、梯度分析 043
二、冗余分析结果 043
第十节　讨论 044
一、我国畜禽粪便是农业面源污染的主要来源 044
二、微生物宏基因已广泛地应用在微生物生态学的研究上 044
三、养猪发酵床微生物宏基因组分析的一个重要问题 045
四、发酵床微生物组OTU α-多样性种类复杂度分析 045

第三章　养猪原位发酵床微生物组多样性 046
第一节　概述 047
一、养殖废弃物处理方式 047
二、微生物发酵床技术 048
三、发酵床垫料微生物群落 053
四、微生物发酵床中的芽胞杆菌 054
五、本章的研究目的和意义 055
第二节　微生物发酵床细菌季节变化多样性 055
一、概述 055
二、研究方法 056
三、微生物发酵床夏冬垫料的高通量测序 058
四、微生物发酵床夏冬季节垫料样本与物种关系 062
五、讨论 066
第三节　微生物发酵床不同发酵程度细菌多样性 068
一、概述 068
二、研究方法 068
三、发酵床垫料微生物宏基因组测定 069
四、微生物发酵床不同发酵等级垫料样本物种组成分析 071
五、微生物发酵床不同发酵等级垫料样本与物种关系 074
六、讨论 078
第四节　微生物发酵床垫料不同深度细菌多样性 080
一、概述 080
二、研究方法 081
三、垫料微生物组分析 081
四、微生物发酵床不同深度垫料样本物种分析 082
五、讨论 088
第五节　微生物发酵床猪粪降解过程细菌多样性 090
一、概述 090
二、研究方法 090
三、发酵床垫料的理化性质 092
四、发酵床垫料的高通量测序/093
五、微生物发酵床细菌群落多样性/093
六、讨论/098

第四章　养猪饲料发酵床微生物组多样性/100
第一节　饲料发酵床不同深度垫料细菌分类阶元群落分化/101
一、概述/101
二、不同深度垫料细菌微生物结构/102
三、不同深度垫料细菌门菌群分化/106
四、不同深度垫料细菌纲菌群分化/109
五、不同深度垫料细菌目菌群分化/114
六、不同深度垫料细菌科菌群分化/122
七、不同深度垫料细菌属菌群分化/129
八、不同深度垫料细菌种菌群分化/137
九、讨论/144
第二节　饲料发酵床细菌属微生物组垂直分布特征/146
一、概述/146
二、细菌属垫料垂直分布优势菌群/146
三、细菌属垫料垂直分布生境相关性/149
四、细菌属垫料垂直分布生境多样性/149
五、细菌属垫料垂直分布生境生态位宽度/149
六、细菌优势属垫料垂直分布生境生态位重叠/150
七、细菌属垫料垂直分布亚群落分化/151
八、讨论/159
第三节　饲料发酵床芽胞杆菌垂直分布特征/161
一、概述/161
二、芽胞杆菌种类鉴定/161
三、芽胞杆菌种群结构/165
四、饲料发酵床生境相关性/168
五、饲料发酵床生境生态位宽度与重叠/170
六、芽胞杆菌种群饲料发酵床生境垂直分布生态学特征/172
七、讨论/184
第四节　饲料发酵床对猪重要细菌性病原的抑制作用/187
一、概述 187
二、主要猪细菌性病原的特性 188
三、饲料发酵床猪细菌性病原菌检测 190
四、饲料发酵床检出的猪细菌性病原种类分布动态 191
五、饲料发酵床检测出的猪病细菌属分布动态 206
六、讨论 214

第五章　发酵床猪肠道与皮毛微生物组多样性 220
第一节　不同养猪模式猪肠道微生物组异质性 221
一、概述 221
二、饲料发酵床与传统养猪肠道微生物组比较 223
三、饲料发酵床与传统养殖猪肠道菌群生态学特性 315
四、饲料发酵床与传统养猪肠道病原菌组成结构 328
五、讨论 330
第二节　不同养猪模式猪皮毛菌群微生物组异质性 330
一、概述 330
二、饲料发酵床与传统养殖猪皮毛微生物组比较 334
三、饲料发酵床与传统养殖猪皮毛菌群生态学特性比较 382
四、饲料发酵床与传统养殖猪皮毛病原菌组成结构 394
五、讨论 397

第六章　养牛原位发酵床微生物组多样性 399
第一节　概述 400
一、牛发酵床的制作与应用 400
二、养牛发酵床垫料二次发酵回用技术 402
三、养牛发酵床防病效果研究 403
四、养牛发酵床微生物菌群研究 403
五、发酵床对养牛污染治理的作用 404
六、发酵床养牛生长性能比较 405
第二节　养牛原位发酵床细菌群落研究方法 406
一、养牛发酵床垫料细菌多样性的研究方法 406
二、养牛发酵床不同牧场细菌微生物组异质性的研究方法 408
三、养牛发酵床垫料细菌微生物组垂直分布异质性的研究方法 410
四、养牛发酵床垫料湿度对细菌微生物组影响的研究方法 412
第三节　不同牧场养牛发酵床细菌微生物组异质性 414
一、养牛发酵床细菌门菌群异质性 414
二、养牛发酵床细菌纲菌群异质性 423
三、养牛发酵床细菌目菌群异质性 438
四、养牛发酵床细菌科菌群异质性 452
五、养牛发酵床细菌属菌群异质性 471
六、养牛发酵床细菌种菌群异质性 481
七、讨论 491
第四节　养牛发酵床细菌微生物组垂直分布异质性 492
一、概述 492
二、不同垫料深度细菌菌群统计 492
三、不同垫料深度细菌菌群结构 492
四、细菌属垂直分布优势种 495
五、基于细菌属垂直分布的垫料生境相关性 498
六、基于细菌属垂直分布的垫料生境多样性 498
七、基于细菌属垂直分布的垫料生境生态位宽度 499
八、基于细菌优势属垂直分布的垫料生境生态位重叠 500
九、养牛发酵床垂直分布垫料生境细菌属亚群落分化 501
十、讨论 510
第五节　养牛发酵床垫料芽胞杆菌垂直分布异质性 512
一、概述 512
二、芽胞杆菌种类鉴定 512
三、芽胞杆菌种群结构 515
四、基于芽胞杆菌的养牛发酵床垫料生境的相关性 515
五、基于芽胞杆菌的养牛发酵床垫料生境的多样性 516
六、芽胞杆菌种群生态位宽度 516
七、芽胞杆菌种群生态位重叠 518
八、芽胞杆菌亚群落分化 520
九、讨论 522
第六节　养牛发酵床垫料湿度对细菌微生物组的影响 524
一、概述 524
二、不同湿度垫料细菌微生物组共有种类统计 525
三、不同湿度垫料细菌菌群结构 525
四、不同湿度垫料优势细菌菌群 527
五、不同湿度细菌属亚群落分布 533
六、讨论 546

第七章　养羊原位发酵床微生物组多样性 547
第一节　概述 548
一、养羊原位发酵床除臭技术 548
二、养羊原位发酵床的技术优势 548
三、养羊异位发酵床技术进展 549
第二节　养羊原位发酵床细菌种群宏基因组检测 550
一、概述 550
二、发酵床细菌分类阶元数量 550
第三节　养羊原位发酵床垫料细菌门菌群异质性 550
一、发酵床细菌门组成 550
二、发酵床细菌门共有种类和独有种类 552
三、发酵床细菌门优势菌群差异性 553
四、发酵床细菌门菌群聚类分析 554
第四节　养羊原位发酵床垫料细菌纲菌群异质性 556
一、发酵床细菌纲组成 556
二、发酵床细菌纲共有种类和独有种类 559
三、发酵床垫料发酵细菌纲多样性指数变化 559
四、发酵床细菌纲优势菌群差异性 560
五、发酵床细菌纲菌群聚类分析 561
第五节　养羊原位发酵床垫料细菌目菌群异质性 564
一、发酵床细菌目组成 564
二、发酵床细菌目共有种类和独有种类 569
三、垫料发酵过程细菌目优势菌群的变化 570
四、发酵床细菌目优势菌群差异性 571
五、发酵床细菌目菌群聚类分析 574
第六节　养羊原位发酵床垫料细菌科菌群异质性 579
一、发酵床细菌科组成 579
二、发酵床细菌科共有种类和独有种类 587
三、垫料发酵过程细菌科优势菌群的变化 587
四、发酵床细菌科优势菌群差异性 589
五、发酵床细菌科菌群聚类分析 596
第七节　养羊原位发酵床垫料细菌属菌群异质性 604
一、发酵床细菌属组成 604
二、发酵床细菌属共有种类和独有种类 622
三、垫料发酵过程细菌属优势菌群的变化 622
四、发酵床细菌属优势菌群差异性 624
五、发酵床细菌属菌群聚类分析 639
第八节　养羊原位发酵床垫料细菌种菌群异质性 647
一、发酵床细菌种组成 647
二、发酵床细菌种共有种类和独有种类 653
三、垫料发酵过程细菌种优势菌群的变化 653
四、发酵床细菌种优势菌群差异性 659
五、发酵床细菌种菌群聚类分析 661

第八章　异位发酵床微生物组多样性 670
第一节 　异位发酵床微生物组研究 671
一、样本采集与数据分析 671
二、微生物种类多样性分析 679
三、微生物种类稀释曲线分析 680
四、微生物种类热图分析 681
五、微生物种类成分分析 690
六、异位发酵床细菌丰度结构 717
七、微生物种类韦恩图分析 721
第二节　异位发酵床细菌群落多样性 765
一、细菌群落数量（read）分布多样性 765
二、细菌群落种类（OTU）分布多样性 823
三、细菌相对丰度分布多样性 878

参考文献 929