重金属铜和锌对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因影响机制研究
堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展
堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展王晓醒, 郭雪琦, 冯瑶, 冀拯宇, 刘聪, 李兆君引用本文:王晓醒,郭雪琦,冯瑶,等. 堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(11): 2383-2394.在线阅读 View online: https:///10.11654/jaes.2021-1119您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in鸡粪-堆肥中重金属残留、抗生素耐药基因及细菌群落变化研究邓雯文,陈姝娟,何雪萍,晋蕾,杨盛智,余秀梅,刘书亮,邹立扣农业环境科学学报. 2019, 38(2): 439-450 https:///10.11654/jaes.2018-0716重金属协同选择环境细菌抗生素抗性及其机制研究进展张佳奇,徐艳,罗义,毛大庆农业环境科学学报. 2016, 35(3): 409-418 https:///10.11654/jaes.2016.03.001污水深度处理工艺对抗生素抗性菌和抗性基因去除研究进展张治国,李斌绪,李娜,许坤,朱昌雄,李红娜,吕锡武农业环境科学学报. 2018, 37(10): 2091-2100 https:///10.11654/jaes.2018-0098兽用抗生素研究的文献计量学分析李红娜,阿旺次仁,李斌绪,叶婧,朱昌雄农业环境科学学报. 2017, 36(11): 2297-2306 https:///10.11654/jaes.2017-0659鸡粪堆肥过程中四环素类抗生素及抗性细菌的消减研究仇天雷,高敏,韩梅琳,王旭明农业环境科学学报. 2015(4): 795-800 https:///10.11654/jaes.2015.04.027关注微信公众号，获得更多资讯信息王晓醒，郭雪琦，冯瑶，等.堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展[J].农业环境科学学报,2021,40（11）：2383-2394.WANG X X,GUO X Q,FENG Y,et al.Progress of the degradation of antibiotics and the elimination of antibiotic resistance genes[J].Journal of Agro-Environment Science ,2021,40（11）：2383-2394.开放科学OSID堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展王晓醒，郭雪琦，冯瑶，冀拯宇，刘聪，李兆君*（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）Progress of the degradation of antibiotics and the elimination of antibiotic resistance genesWANG Xiaoxing,GUO Xueqi,FENG Yao,JI Zhengyu,LIU Cong,LI Zhaojun *（Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China ）Abstract ：Composting is a technology commonly used for the treatment of organic solid wastes.Although it can quickly utilize such wastes,traditional industrial composting does not give sufficient concern to the degradation of antibiotics and antibiotic resistance genes （ARGs ）.Common raw composting materials,such as livestock manure,poultry litter,food waste,and sewage sludge,act as reservoirs of antibiotic contaminants,which is an urgent problem during composting and cannot be ignored.This review,based on recent studies,pointed out the characteristics,biological and physiochemical factors,enhancement measures,and main bottlenecks of the degradation of antibiotics and ARGs during composting,thereby offering advice for minimizing the risk of ARGs dissemination.Keywords ：composting;antibiotic resistance genes;degradation收稿日期：2021-09-27录用日期：2021-09-29作者简介：王晓醒（1991—），女，河北石家庄人，博士研究生，从事废弃物资源化利用研究。
养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究
参考内容
内容摘要
近年来，抗生素抗性基因在养殖环境中的分布和传播引起了广泛。抗生素抗 性基因是指在抗生素存在的情况下，细菌等微生物产生对抗生素耐受性的基因。 本次演示将围绕养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展展开讨论，旨在探讨其分 布、来源、危害以及未来可能的研究方向。
内容摘要
在养殖环境中，抗生素抗性基因广泛存在于细菌、真菌、藻类等多种生物中。 这些抗性基因具有不同的遗传多样性和耐药性，有些甚至可以相互传递和交换。 抗生素抗性基因的来源主要有两个方面：一是通过自然选择和进化，二是通过基 因水平转移获得。
一、抗生素抗性基因的传播途径
在抗生素使用过程中，抗生素抗性基因可通过多种途径传播。一方面，抗生 素使用后残留在水生生物体内，进而通过食物链传播给人类和其他动物。另一方 面，抗生素抗性基因可通过水生生物的排泄、分泌物等进入水体，进而在水体中 传播扩散。此外，水产养殖过程中使用的饲料和水质处理物质也可能成为抗生素 抗性基因的传播途径之一。
六、结论与展望
六、结论与展望
本研究表明，养殖废弃物堆肥过程中抗生素和ARGs的降解受到多种因素的影 响。通过优化堆肥条件，可以有效地降低抗生素和ARGs的含量。然而，本研究仍 存在一定的局限性，例如实验周期较短、未考虑不同地区养殖废弃物堆肥条件的 差异等。未来研究可进一步拓展实验周期，不同地区堆肥条件的差异及其对抗生 素和ARGs降解的影响，为实际生产提供更为详尽的理论指导。
五、结论
五、结论
随着抗生素在水产养殖中的广泛应用，抗生素抗性基因的传播和扩散已成为 一个全球性的问题。为了降低抗生素抗性基因对人类和其他动物的健康和水生生 物及环境的潜在风险，应加强抗生素使用的规范和管理，并采取有效措施控制抗 生素抗性基因的传播和扩散。未来，随着分子生物学技术的发展和应用，对ARGs 分布和传播机制的深入了解以及对其潜在风险的有效评估和控制措施的制定将有 助于更好地解决抗生素抗性基因问题。
抗生素与重金属复合污染生态毒理效应研究进展
1、引言尽管许多研究人员主要是考虑单一污染物的环境行为，但在实际环境中，往往是多种污染物并存，而且这些污染物之间会发生交互作用，使得环境污染趋于多元化和复杂化，因此，复合污染逐渐成为环境领域研究的热点。
抗生素和重金属是环境中典型的有机和无机污染物。
环境中残留的抗生素主要来自工业生产、医用抗生素和兽用抗生素，具体途径包括抗生素企业在生产过程中流失的抗生素、医院丢弃的抗生素废物、经由人和动物粪便尿液排出的抗生素。
抗生素在生物体内代谢率低，一般仅为10～40% 。
因此，随着集约化畜牧业以及配合饲料工业的发展，含有抗生素的畜禽粪便量不断增加，这些未经处理的畜禽粪便作为有机肥农用已经成为抗生素进入土壤环境的主要途径。
重金属是一类具有潜在危害的重要污染物，不能被微生物分解，会在生物体内富集，甚至还能与某些有机物发生反应转变成毒性更大的金属-有机化合物，具有一定的持久性。
环境中重金属污染主要来源于农业生产中农药和肥料的使用、畜禽和水产养殖、汽车尾气排放、矿山开采活动以及废弃物焚烧及处置等。
此外，一些重金属元素也作为微量元素添加于饲料，用于促进动物生长和提高饲料利用率，进而增加了环境中抗生素与重金属复合污染的几率。
抗生素和重金属在环境中均具有持久性和毒性，二者都对人体健康和生态环境产生潜在长期的危害，特别是两者复合污染对环境产生的毒理效应的研究还较少，因此，有必要开展抗生素与重金属复合污染生态毒理效应研究，进而为抗生素与重金属复合污染风险评价提供基础。
本文就抗生素与重金属复合污染的污染水平和生态毒理效应进展进行了综述，并对该领域需要进一步研究的问题进行展望，以期为今后开展相关领域的研究提供思路和参考。
2、抗生素与重金属的污染现状在环境中特别是在河流、沉积物和农田土壤中均可见二者的复合污染现象。
2000年，美国USGS对美国139条河流进行了调查，检测到了21种抗生素残留，其中包括四环素类、磺胺类、大环内酯类抗生素，质量浓度在60~690ng/L之间。
《牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的影响及机制研究》范文
《牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的影响及机制研究》篇一一、引言随着农业的快速发展和集约化养殖的普及，牛粪的处理与利用成为了环境保护和可持续发展中的重要问题。
厌氧消化作为一种有效的牛粪资源化处理技术，已在全球范围内得到了广泛应用。
然而，这一过程中涉及到的环境因素如原料浓度，往往与四环素类抗性基因（Tetracycline Resistance Genes，TRGs）的传播与扩散密切相关。
本文旨在探讨牛粪原料浓度对厌氧消化过程中四环素类抗性基因的影响及其潜在机制。
二、研究背景四环素类抗生素广泛应用于人类和动物疾病的治疗，但其大量使用也导致了环境中抗性基因的增加。
厌氧消化过程中，由于各种环境因素的相互作用，可能会促进抗性基因的传播和选择。
牛粪原料浓度作为厌氧消化过程中的关键参数，其对抗性基因的影响尚未得到充分研究。
三、研究方法本研究采用实验室规模的厌氧消化反应器，设置不同牛粪原料浓度（低、中、高）处理组，同时收集处理前后的样品进行抗性基因检测和分析。
通过PCR、实时荧光定量PCR（qPCR）和测序等技术手段，对各组样品中的四环素类抗性基因进行定量和定性分析。
四、牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的影响研究结果显示，牛粪原料浓度对厌氧消化过程中四环素类抗性基因的丰度和多样性有显著影响。
高浓度的牛粪原料在厌氧消化过程中，更易导致抗性基因的富集和传播。
这可能与高浓度原料所提供的营养物质和微生物活动有关，为抗性基因的传播提供了更有利的环境。
五、机制研究机制研究显示，牛粪原料浓度的变化会影响厌氧消化过程中的微生物群落结构。
高浓度的牛粪原料可能为某些具有抗性基因的微生物提供了更有利的生存和繁殖环境。
此外，高浓度的牛粪原料也可能导致厌氧消化过程中产生更多的有机物和营养物质，这些物质可能作为抗性基因的传播媒介，促进了抗性基因在微生物之间的传播。
六、结论本研究表明，牛粪原料浓度对厌氧消化过程中四环素类抗性基因的丰度和多样性有显著影响。
《电化学厌氧消化-电絮凝削减畜禽粪便中四环素类抗性基因及其机制研究》范文
《电化学厌氧消化-电絮凝削减畜禽粪便中四环素类抗性基因及其机制研究》篇一一、引言随着畜禽养殖业的快速发展，畜禽粪便中的抗生素和抗性基因问题日益突出。
四环素类抗性基因（Tetracycline Resistance Genes，TRGs）作为其中的重要一类，其传播与扩散对环境和人类健康构成严重威胁。
传统的处理方法如厌氧消化和絮凝技术虽有一定的处理效果，但在去除抗性基因方面仍存在局限。
近年来，电化学厌氧消化（Electrochemical Anaerobic Digestion，EAD）和电絮凝（Electrocoagulation）技术因其在废物处理和资源回收方面的潜力，成为研究的热点。
本文以电化学厌氧消化-电絮凝技术为研究对象，探究其在削减畜禽粪便中四环素类抗性基因的机制及效果。
二、研究方法本研究采用电化学厌氧消化-电絮凝技术处理畜禽粪便，通过对比实验和机理分析，探讨其去除四环素类抗性基因的机制。
具体方法如下：1. 实验材料与样品准备：收集畜禽粪便样品，进行预处理后，分别进行电化学厌氧消化和电絮凝处理。
2. 实验设计与实施：设定不同的电流、电压和处理时间，对粪便样品进行电化学厌氧消化和电絮凝处理。
同时设立对照组，仅进行厌氧消化处理。
3. 抗性基因检测与分析：采用PCR、实时荧光定量PCR （qPCR）等技术，对处理前后的样品进行四环素类抗性基因的检测与分析。
4. 机制研究：通过扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）等手段，对处理后的样品进行形态观察和元素分析，探讨其去除抗性基因的机制。
三、实验结果与分析1. 电化学厌氧消化对四环素类抗性基因的去除效果：实验结果显示，电化学厌氧消化处理后，四环素类抗性基因的去除率显著提高，且随着电流、电压和处理时间的增加，去除率呈上升趋势。
2. 电絮凝对四环素类抗性基因的去除效果：电絮凝处理后，四环素类抗性基因的去除效果同样显著。
通过调整电流和电压，可以实现对抗性基因的有效去除。
《2024年牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的影响及机制研究》范文
《牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的影响及机制研究》篇一一、引言随着现代畜牧业的发展，牛粪的产量日益增加，其处理和利用成为了亟待解决的问题。
厌氧消化作为一种环保且有效的处理方式，得到了广泛的关注。
然而，在这一过程中，抗生素抗性基因（ARGs）的传播与扩散成为了不可忽视的问题。
尤其是四环素类抗性基因（Tn916）等抗生素抗性基因，在牛粪厌氧消化过程中的存在与传播机制亟待深入研究。
本文将探讨牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的影响及机制，以期为合理处理牛粪并控制抗性基因的传播提供理论依据。
二、研究方法1. 实验材料本研究以牛粪为研究对象，选取不同浓度的牛粪作为原料，添加至厌氧消化系统进行实验。
2. 实验设计将牛粪分为不同浓度组，进行厌氧消化实验。
在实验过程中，定期取样分析四环素类抗性基因的浓度变化。
同时，对厌氧消化过程中的微生物群落结构进行分析，以探究抗性基因的传播机制。
3. 分析方法采用PCR、qPCR等分子生物学技术，对四环素类抗性基因的浓度进行定量分析；利用高通量测序技术，对厌氧消化过程中的微生物群落结构进行分析。
三、实验结果与分析1. 牛粪原料浓度对四环素类抗性基因的影响实验结果表明，随着牛粪原料浓度的增加，厌氧消化过程中四环素类抗性基因的浓度呈现先上升后下降的趋势。
当牛粪浓度达到一定水平时，抗性基因的浓度达到峰值。
这可能与厌氧消化过程中微生物的代谢活动有关。
2. 抗性基因传播机制研究通过对厌氧消化过程中的微生物群落结构进行分析，发现抗性基因主要存在于某些特定的微生物种群中。
随着牛粪浓度的增加，这些特定微生物种群的数量和多样性发生变化，从而影响抗性基因的传播和扩散。
此外，厌氧消化过程中的环境因素如pH 值、温度等也可能影响抗性基因的传播机制。
四、讨论本研究表明，牛粪原料浓度对厌氧消化中四环素类抗性基因的传播与扩散具有重要影响。
随着牛粪浓度的增加，抗性基因的浓度呈现先上升后下降的趋势。
畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析
第35卷第1期农业工程学报V ol.35 No.12019年1月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2019 195 畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析支苏丽1，周婧2，赵润1，杨凤霞1，张克强1※（1. 农业部环境保护科研监测所，天津 300191；2. 东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150036）摘要：针对畜禽养殖业抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）污染问题，该文选取厌氧发酵技术，对比不同厌氧发酵体系内ARGs消长与潜在宿主菌，挖掘不同因子与ARGs的相互关系。
结果表明，厌氧发酵体系内微生物群落变化是ARGs消长的主要驱动因子，确定ARGs的潜在宿主菌是目前研究的难点；抗生素和重金属也是ARGs消长的重要驱动因子，控制抗生素污染和重金属污染可有效减缓ARGs污染；可移动遗传元件在ARGs水平传播过程中起着重要作用。
综合而言，厌氧发酵体系内各个因子直接或间接影响ARGs消长，其中工艺参数是控制整个厌氧发酵体系的先决因素，在特定工艺参数下，微生物群落与体系物化指标相互影响与制约；微生物通过分子内部可移动遗传元件实现ARGs 在不同微生物之间的水平传播。
综上所述，通过综合协调各类因子实现厌氧发酵体系内ARGs消控是今后研究重点。
关键词：抗生素；粪；厌氧发酵；微生物群落；可移动遗传元件；驱动因子doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.024中图分类号： S216.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2019)-01-0195-11支苏丽，周婧，赵润，杨凤霞，张克强. 畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析[J]. 农业工程学报，2019，35(1)：195－205. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.024 Zhi Suli, Zhou Jing, Zhao Run, Yang Fengxia, Zhang Keqiang. Analysis of antibiotic resistance genes fate and its drivers during anaerobic digestion of animal manure [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(1): 195－205. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.024 0 引 言抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）是一种新型污染物，其产生的主要原因是抗生素大量使用。
重金属协同选择环境细菌抗生素抗性及其机制研究进展
重金属协同选择环境细菌抗生素抗性及其机制研究进展抗生素的长期滥用，引起环境细菌耐药性不断增强，加速了抗生素抗性基因在环境中的传播扩散。
在重金属污染的环境中，细菌不仅具备重金属抗性，并且具备多种抗生素抗性，抗生素抗性基因的污染水平也随之升高。
本文在介绍重金属与抗生素抗性最新研究进展的基础上，阐述了环境细菌的抗生素抗性、重金属抗性及其相关抗性机制，并着重论述重金属和抗生素协同选择环境细菌耐药性及其机制。
摘要: 抗生素的长期滥用，引起环境细菌耐药性不断增强，加速了抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes, ARGs）在环境中的传播扩散。
在重金属污染的环境中，细菌不仅具备重金属抗性，并且具备多种抗生素抗性，抗生素抗性基因的污染水平也随之升高。
在介绍重金属与抗生素抗性最新研究进展的基础上，阐述了环境细菌的抗生素抗性、重金属抗性及其相关抗性机制，并着重论述重金属和抗生素协同选择环境细菌耐药性及其机制。
关键词：抗生素抗性；重金属抗性；协同选择抗性；协同选择抗性机制近年来，由于抗生素的滥用引起细菌耐药问题越来越受到关注。
在抗生素长期作用下抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）在环境中以及细菌中被不断筛选和富集，从而表现为耐药性整体水平升高，进而导致抗生素类药物的治疗效力大大降低，迫使抗生素不断升级换代。
通常抗生素在环境中的含量极低（通常在10^-9~10^-6数量级），远低于最低抑菌浓度（MIC），在低浓度抗生素长期选择压力作用下，细菌逐渐产生耐药性且携带的抗性基因持久存在，并在各种环境介质中传播扩散。
尤其是最近出现的“超级细菌”被赋予了能够抵抗几乎所有抗生素的能力，其抗性根源在于该细菌携带的NDM-1（New Delhi metallo-β-lactamase-1）抗性基因，该基因自首次发现以来已经在全球迅速蔓延。
据此，抗生素抗性基因作为一个新的全球性污染问题已经引起广泛关注，世界卫生组织（WHO）已将“细菌耐药问题”作为21世纪威胁人类健康最大的挑战之一，并将在全球范围内对抗性基因的控制做出战略部署。
《牛粪厌氧消化工艺参数对其抗生素抗性基因丰度和微生物群落结构的影响》范文
《牛粪厌氧消化工艺参数对其抗生素抗性基因丰度和微生物群落结构的影响》篇一摘要：本文以牛粪为研究对象，通过厌氧消化工艺参数的调整，探讨了不同工艺参数对抗生素抗性基因（ARGs）丰度和微生物群落结构的影响。
通过实验数据的分析，为优化厌氧消化工艺、减少ARGs的传播风险和保护环境提供了理论依据。
一、引言随着抗生素的广泛使用，抗生素抗性基因（ARGs）的传播问题日益严重，对人类健康和环境构成了潜在威胁。
牛粪作为养殖业的主要废弃物之一，含有大量ARGs，其处理处置过程对环境安全至关重要。
厌氧消化作为一种有效的固废处理技术，其工艺参数对ARGs的丰度和微生物群落结构有着重要影响。
因此，本文通过实验研究了厌氧消化工艺参数的调整对牛粪中ARGs丰度和微生物群落结构的影响。
二、材料与方法1. 材料：选取牛粪作为实验对象，采用不同工艺参数进行厌氧消化实验。
2. 方法：（1）设定不同温度、pH值、有机负荷率等厌氧消化工艺参数。
（2）采用PCR-DGGE、高通量测序等技术手段分析微生物群落结构。
（3）利用qPCR技术测定ARGs的丰度。
（4）通过统计分析方法，分析各工艺参数与ARGs丰度及微生物群落结构的关系。
三、结果与分析1. 工艺参数对ARGs丰度的影响实验结果显示，随着厌氧消化温度的升高，ARGs的丰度呈现先降低后升高的趋势，在适宜的温度范围内（如35-40℃），ARGs的丰度较低。
同时，pH值和有机负荷率也对ARGs的丰度有显著影响，适宜的pH值（如7.0左右）和较低的有机负荷率有助于减少ARGs的丰度。
2. 工艺参数对微生物群落结构的影响通过PCR-DGGE和高通量测序分析发现，不同工艺参数下，微生物群落结构存在显著差异。
高温、低pH值和高有机负荷率会导致某些细菌种群数量减少或消失，而适宜的工艺参数则会促进有益菌群的繁殖和多样性的增加。
3. ARGs与微生物群落结构的关系实验发现，ARGs的丰度与微生物群落结构密切相关。
生物炭对堆肥过程中微生物群落多样性及抗生素抗性基因的影响
基金项目资助情况●国家自然科学基金（41671474）●国家自然科学基金（41171203）●国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2013AA102802）生物炭对堆肥过程中微生物群落多样性及抗生素抗性基因的影响摘要抗生素在规模化养殖业中的大量使用致使畜禽粪便成为重要的抗生素抗性基因（ARGs）贮存库，畜禽粪便会通过施肥方式进入到农田，ARGs会通过基因的水平转移在不同的微生物之间进行传播，这些ARGs对人类的健康构成了严重的威胁。
因此，在施肥之前将ARGs去除对于降低ARGs对人类健康威胁有着重要的意义。
本试验选取了一种比表面积较大的生物炭和使用抗生素频繁鸡的粪便作为研究对象，通过添加不同比例的生物炭与鸡粪、小麦秸秆混合堆肥。
分析理化性质、酶活性，以及微生物群落多样性的影响，然后进一步研究生物炭对ARGs丰度影响，及其影响ARGs的环境因素，得到的主要研究结果和结论如下：（1）所有处理的堆体温度50℃以上均维持5天（或以上），满足无害化处理和腐熟标准。
生物炭可增加高温期堆体温度，并有利于有机物的矿化。
生物炭在高温期显著增加了NH4+-N，并在堆肥结束时增加NO3–-N 16.7~69.0%。
堆肥结束后，与对照处理相比，添加生物炭的处理有效铜和有效锌分别降低 2.3%~13.0%，10.6%~24.2%。
生物炭在堆肥的前期对纤维素酶和脲酶活性均有促进作用，在堆肥结束时，这种作用有所减弱。
（2）通过Biolog方法分析表明，在堆肥高温期，添加生物炭的处理能显著增加高温期微生物活性，且随着添加比例的增加，微生物活性越高；在降温期生物炭比例过高（20%）时，对提高微生物活性不利；在腐熟期各处理间无显著差异。
添加高比例的生物炭（BC10和BC20）降低了高温期的微生物多样性。
主成分分析表明，添加生物炭改变了堆肥过程中微生物群落结构，BC10处理作用更为显著，起分异作用的碳源主要为糖类、氨基酸类及羧酸类。
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重金属铜和锌对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因影响机制研究抗生素和重金属由于具有防治动物疾病和促进动物生长作用,被广泛用于规模化养殖业,导致畜禽粪便成为了抗生素、重金属和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的储存库。
抗生素耐药性被认为是危害公共健康的全球性热点问题。
ARGs可以通过水平基因转移使致病菌获得抗性,从而导致抗生素失效,严重威胁人类
健康。
厌氧发酵是畜禽粪便资源化利用的处理途径之一,发酵产物沼液沼渣作为有机肥农业利用增加了ARGs输入环境的风险。
本文用实验室模拟了畜禽粪便残留的抗生素、重金属Zn和Cu,系统研究了ARGs 在厌氧发酵过程和产物中的丰度变化,探讨了ARGs与各环境因子(抗生素、重金属和环境质量参数)、移动基因元件(mobile gene elements,MGEs)、重金属抗性基因(heavy metal resistance genes,HMRGs)和微生物群落之间的关系,旨在深入了解ARGs在重金
属污染猪粪进行厌氧发酵过程中的迁移扩散特征。
并通过实验室模拟残留一定浓度Cu的厌氧发酵体系,研究了添加氧化石墨烯对ARGs的削减效果,分析了氧化石墨烯削减ARGs的主要驱动力。
本文研究的结果为评价重金属污染的厌氧发酵系统中ARGs生态风险及削减其危害提供理论依据。
主要的研究结论如下:(1)残留治疗水平磺胺氯哒嗪钠(SCPS)的猪粪进行厌氧发酵,比未残留SCPS提高了累积沼气量1.7倍,而不同浓度Zn与SCPS的反应器中沼气累积量有明显的降低,SL和SH 分别降低了22%和65%。
残留高浓度Zn和SCPS复合的厌氧发酵体系产气急剧不稳定,还出现产气停滞现象。
Zn和SCPS同时残留在发酵
系统时,Zn的残留浓度越高,SCPS的降解半衰期越长。
不同浓度的Zn 与SCPS提高了sul1和sul2绝对丰度在厌氧发酵产物中的富集。
冗余分析表明,总的环境参数共解释了ARGs、intI1和intI2变化的67.1%。
pH是厌氧发酵过程中ARGs动态变化的主要环境驱动因子。
sul1,sul2,sul3和drfA7的丰度变化与SCPS的浓度紧密相关。
(2)重金属Zn促进了厌氧发酵体系日产沼气量,含Zn浓度125 mg/L和1250 mg/L反应器中累积沼气量分别提高了51.2%和56.0%。
然而,残留Zn的两个反应器中,ARGs丰度在厌氧发酵最终产物中显著高于对照处理,intI2的丰度均提高了6.5倍。
相关分析发现,bio-Zn分别与ARGs的相对丰度以及ARGs和intI2的绝对丰度显著相关,bio-zinc 是决定影响ARGs图谱动态变化的主要因素。
(3)Cu(75 mg/L和227 mg/L)显著提高了厌氧发酵过程中大部分ARGs的丰度。
2个浓度Cu 都提高了厌氧发酵产物中ARGs的总丰度,其中属于5类的12种ARGs 显著高于对照处理。
227 mg/L Cu发酵产物中ARGs的富集要显著高于75 mg/L Cu污染。
ARGs在厌氧发酵过程中的动态随着细菌群落的演替而改变。
冗余分析表明,pH是细菌群落结构变化的主要环境驱动因子,其次是溶解性COD(sCOD)、挥发性脂肪酸(VFAs)和bio-Cu。
pH、sCOD、VFAs都与bio-Cu有很好的相关性,这表明细菌群落的变化是通过bio-Cu对厌氧发酵系统性能的影响而产生的。
3个发酵体系中ARGs、HMRGs、MGEs与细菌群落的Network分析表明,Cu的选择压力提高ARGs、HMRGs和MGEs在同一类细菌的共现。
ARGs分别与HMRGs 和MGEs的Network分析表明,在Cu压力下MGEs和ARGs共现提
高,HMRGs和ARGs的共现没有大的改变。
总的来看,Cu污染会加快ARGs 通过MGEs水平基因转移,提高ARGs在环境中传播和转移的风险。
(4)氧化石墨烯能够有效的降低227 mg/L Cu污染厌氧发酵系统中ARGs、MGEs、HMRGs的丰度。
低浓度氧化石墨烯(GO1)反应器总MRGs、ARGs、MGEs丰度分别降低51.8%、78.2%、83.8%,高浓度氧化石墨烯(GO2)
反应器总MRGs、ARGs、MGEs丰度分别降低6.9%、71.8%、68.4%。
冗余分析表明,MGEs对ARGs的变化解释最高,贡献率为37.53%,这表明氧化石墨烯对ARGs的丰度的削减主要是通过控制MGEs对ARGs水平转移作用达到的。
细菌群落对ARGs变化的贡献率的是33.94%,仅次于MGEs。
pH值,sCOD,VFAs,bio-Cu是影响细菌群落变化的主要环境驱动因子,而且相关性表明,bio-Cu分别与pH,sCOD和VFAs呈负相关。
(5)厌氧发酵过程中,以Methanobrevibacter、Methanocorpusculum、Methanosarcina和Methanobacterium为主要的菌群。
不同浓度氧化石墨烯在不同发酵时期对主要产甲烷菌的影响是不同的。
总的来看,2个浓度氧化石墨烯对Methanocorpusculum都有抑制作用。
低浓度氧化石墨烯对产甲烷菌Methanosarcina有很明显的促进作用,但是高
浓度氧化石墨烯对其有抑制作用。
高浓度氧化石墨烯对Methanobacterium表现的很高的促进作用。
冗余分析表明,sCOD、pH 和VFA是影响产甲烷菌群的主要驱动因子。
而且,COD、pH和VFA在高浓度氧化石墨烯发酵体系的波动更明显,这也导致其产甲烷菌群落演替的影响。
从厌氧发酵产甲烷菌群落结构稳定的角度考虑,低浓度的氧化石墨烯的应用更加安全可靠。