【摘要】：抗生素抗性基因(ARGs)是一種新型環(huán)境污染物,可通過(guò)移動(dòng)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(huì)導(dǎo)致抗生素藥物的療效降低,人類(lèi)生命健康將受到嚴(yán)重威脅。畜禽糞便已成為重要的ARGs儲(chǔ)存庫(kù)。利用畜禽糞便生產(chǎn)的有機(jī)肥料施入農(nóng)田后,會(huì)增加ARGs向土壤傳播的潛在風(fēng)險(xiǎn)。本試驗(yàn)選取具有吸附性能的新型環(huán)境材料高吸水樹(shù)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(duì)豬糞好氧堆肥過(guò)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(gè)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(wú)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(duì)堆料的C/N無(wú)顯著影響。(2)H處理中磺胺類(lèi)抗性基因dfr A7、sul1和sul2的絕對(duì)豐度分別比對(duì)照處理低94.98%、93.08%、97.43%,大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗性基因和四環(huán)素類(lèi)抗性基因豐度也顯著低于對(duì)照處理,對(duì)喹諾酮類(lèi)抗性基因豐度的去除率高達(dá)99%,而5mg/kg SAP僅降低了幾種ARGs的豐度,說(shuō)明15mg/kg SAP對(duì)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(duì)ARGs和MGEs豐度變化的解釋量較高。(3)厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)和放線菌門(mén)是堆肥樣品中主要的微生物。對(duì)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(mén)豐度降低,變形菌門(mén)豐度升高。15mg/kg SAP可降低人類(lèi)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(mén)和放線菌門(mén)。堆肥過(guò)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(gè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：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(guò)協(xié)同抗性和協(xié)同調(diào)控作用對(duì) 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(xì)胞對(duì)重金屬和抗生素同時(shí)產(chǎn)生抗性時(shí)利用性系統(tǒng)，最常見(jiàn)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(guò)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(duì) ARGs 的選擇性壓力，也可進(jìn)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(jī)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(jī)制，B 為交叉抗性機(jī)制，C 為協(xié)同調(diào)控機(jī)制Note: A represents co-resistance mechanism, B represents cross-resistance mechanism, C representsco-regulation mechanism.好氧堆肥是無(wú)害化處理畜禽糞便的常用方法，堆肥產(chǎn)物可作為有機(jī)肥料施入土壤，但同時(shí)畜禽糞便中殘留的 ARGs 可能也會(huì)隨堆肥產(chǎn)品進(jìn)入土壤中。為了控制 ARGs 向土壤中轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)堆肥過(guò)程中 ARGs 豐度變化進(jìn)行了廣泛研究，并嘗試通過(guò)一定的方法來(lái)降低堆肥產(chǎn)物中 ARGs 的豐度。其中較為常見(jiàn)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(duì)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(duì)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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2740292