【摘要】：抗生素抗性基因(ARGs)是一種新型環(huán)境污染物,可通過移動基因元件(MGEs)以水平基因轉(zhuǎn)移的方式在微生物間傳播。ARGs污染會導(dǎo)致抗生素藥物的療效降低,人類生命健康將受到嚴重威脅。畜禽糞便已成為重要的ARGs儲存庫。利用畜禽糞便生產(chǎn)的有機肥料施入農(nóng)田后,會增加ARGs向土壤傳播的潛在風(fēng)險。本試驗選取具有吸附性能的新型環(huán)境材料高吸水樹脂(SAP)作為堆肥添加劑,研究了添加0(CK)、5mg/kg(L)和15mg/kg(H)SAP對豬糞好氧堆肥過程中堆肥參數(shù)、有效銅和有效鋅含量、MGEs和ARGs豐度以及微生物群落的影響,并分析了ARGs與環(huán)境因子、微生物群落之間的關(guān)系。主要研究結(jié)果和結(jié)論如下:(1)3個處理堆體最高溫度分別為63.8?C(CK)、65.5?C(L)和71.0?C(H),15mg/kg SAP顯著提高高溫期堆體溫度。堆料的pH值隨SAP濃度升高而升高,15mg/kg SAP顯著提高了堆料的pH值。H處理顯著提高了堆料的含水率,但L處理和CK處理之間含水率無顯著差異。添加SAP顯著降低了堆料中bio-Cu和bio-Zn的含量,但對堆料的C/N無顯著影響。(2)H處理中磺胺類抗性基因dfr A7、sul1和sul2的絕對豐度分別比對照處理低94.98%、93.08%、97.43%,大環(huán)內(nèi)酯類抗性基因和四環(huán)素類抗性基因豐度也顯著低于對照處理,對喹諾酮類抗性基因豐度的去除率高達99%,而5mg/kg SAP僅降低了幾種ARGs的豐度,說明15mg/kg SAP對ARGs的去除效果更好。冗余分析表明環(huán)境因子pH、含水率和溫度對ARGs和MGEs豐度變化的解釋量較高。(3)厚壁菌門、變形菌門和放線菌門是堆肥樣品中主要的微生物。對照處理和5mg/kg SAP處理的微生物群落較為相似,而在高溫期以后,15mg/kg SAP處理的微生物群落發(fā)生了顯著變化,具體表現(xiàn)為厚壁菌門豐度降低,變形菌門豐度升高。15mg/kg SAP可降低人類致病菌氣單胞菌屬和棒狀桿菌屬的豐度。network分析發(fā)現(xiàn)了9種ARGs的潛在宿主菌,主要為厚壁菌門和放線菌門。堆肥過程中潛在宿主菌豐度下降可能導(dǎo)致其攜帶的ARGs豐度降低。多個ARGs與MGEs共現(xiàn)表明這些ARGs可能與MGEs在同一基因片段上共存,并隨MGEs在環(huán)境中轉(zhuǎn)移和傳播。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S141.4;X592
【圖文】：

圖 1-1 基因水平轉(zhuǎn)移途徑（von Wintersdorff et al. 2016）Fig. 1-1 Pathway of horizontal gene transfer (von Wintersdorff et al. 2016)禽糞便中殘留的重金屬也可能是引起 ARGs 增殖的原因之一。重金屬可通過協(xié)同抗性和協(xié)同調(diào)控作用對 ARGs 產(chǎn)生選擇性壓力（Baker-Austin et al. 200性是指微生物攜帶的 ARGs 和重金屬抗性基因位于同一遺傳元件上，如整合轉(zhuǎn)座子等。交叉抗性是指微生物細胞對重金屬和抗生素同時產(chǎn)生抗性時利用性系統(tǒng)，最常見的為外排泵系統(tǒng)。共調(diào)控是指在重金屬或抗生素任一作用下內(nèi)的轉(zhuǎn)錄、翻譯應(yīng)答系統(tǒng)作出相應(yīng)反應(yīng)的過程。研究表明環(huán)境中的重金屬豐度維持較高水平（Gullberg et al. 2014；Seiler and Berendonk 2007）。因金屬含量從而減輕重金屬對 ARGs 的選擇性壓力，也可進一步控制 ARGs 污

圖 1-2 微生物抗生素與重金屬協(xié)同選擇抗性機制（季秀玲等 2010）Fig. 1-2 Co-selection mechanisms for microbial antibiotic and heavy metal resistance注：A 為協(xié)同抗性機制，B 為交叉抗性機制，C 為協(xié)同調(diào)控機制Note: A represents co-resistance mechanism, B represents cross-resistance mechanism, C representsco-regulation mechanism.好氧堆肥是無害化處理畜禽糞便的常用方法，堆肥產(chǎn)物可作為有機肥料施入土壤，但同時畜禽糞便中殘留的 ARGs 可能也會隨堆肥產(chǎn)品進入土壤中。為了控制 ARGs 向土壤中轉(zhuǎn)移擴散的生態(tài)風(fēng)險，國內(nèi)外學(xué)者對堆肥過程中 ARGs 豐度變化進行了廣泛研究，并嘗試通過一定的方法來降低堆肥產(chǎn)物中 ARGs 的豐度。其中較為常見的方法是向堆肥中添加調(diào)理劑，例如 Cui et al.（2016）將水稻秸稈生物炭和蘑菇渣生物炭分別添加到堆肥中，結(jié)果表明堆肥產(chǎn)物中 ARGs 的去除率為：基質(zhì)+水稻秸稈生物炭< 基質(zhì)< 基質(zhì)+蘑菇渣生物炭，添加蘑菇渣生物炭對堆肥中 ARGs 去除效果較好；Zhang et al.（2016a）向堆肥中添加硝化抑制劑和天然沸石，結(jié)果表明天然沸石處理降低了堆肥中 ARGs 的總豐度，可能的原因是天然沸石的多孔性結(jié)構(gòu)以及其對重金屬選擇性壓力的削減作用；Zhang et al.（2016b）將兩種不同的表面活性劑添加到堆肥中，結(jié)果表明，添加表面活

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本文編號：2740292