不同原料比例对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因及微生物群落结构的影响研究

发布时间：2018-03-23 09:53

  本文选题：抗生素抗性基因　切入点：微生物群落　出处：《西北农林科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新型的污染物,其危害在于ARGs可以通过垂直转移和水平转移,使环境中的微生物携带ARGs,甚至在人类致病菌间传播。抗生素作为饲料添加剂被大量用于规模化养殖业,导致畜禽粪便成为抗生素和ARGs的重要储存库。厌氧发酵是畜禽粪便资源化利用的重要方式之一,但发酵产物中可能存在大量ARGs。因此,发酵产物肥料化利用是ARGs进入环境的重要途径。本文用实验室模拟的方法研究了畜禽粪便厌氧发酵中发酵参数(不同原料比例)对发酵过程和产物中ARGs的影响,并分析了微生物群落、环境因子(SCOD、VFAs、pH和NH4+)和ARGs的关系,以期揭示不同因素影响ARGs变化的微生物学机理。取得的主要结果和结论如下:1.在厌氧发酵在0~17天时,沼气累积量为猪粪与小麦秸秆比为C3(7:3)C2(5:5)C1(3:7),随发酵时间的延长C2处理沼气累积产气量显著增加,55天厌氧发酵结束后,沼气的总产量分别为1711,3857和3225 mL。因此,猪粪和秸秆比例为5:5(C2处理)时可获得最高的沼气累积产量。挥发性脂肪酸(VFAs)中产酸量是乙酸丙酸丁酸异戊酸正戊酸异丁酸。厌氧发酵第55天后,3个处理中VFAs浓度均有所下降。2.本试验检测出5种四环素抗性基因类(tetC、tetG、tetW、tetQ和tetX),4种大环内酯类抗性基因(ermB、ermF、ermQ和ermX),3种磺胺类抗性基因(sul1、sul2和dfrA7)和一类整合子(intl1)。经55天厌氧发酵,各处理中大部分ARGs均有效的被去除。且磺胺类绝对丰度和相对丰度均表现出最好的降低趋势。厌氧发酵结束后,C3(7:3)处理更有效的降低ARGs基因丰度,这可能会降低ARGs在环境中的扩散和传播的风险。在厌氧发酵过程微生物群落的变化可能是在ARGs变化中其重要作用。3.根据PCoA分析表明,细菌群落结构差异与厌氧发酵进程显著相关。Network分析表明棒状杆菌属(Corynebacterium_1)、不动杆菌属(Acinetobacter)、Solibacillus、肠球菌属(Enterococcus)和Facklamia可能是ermB、sul1和dfrA7主要的潜在宿主细菌。通过冗余分析表明,RDA1和RDA2可解释总ARGs变化量的79.1%,而细菌群落和环境因子(SCOD、VFAs、pH、和NH4+)的变化可解释总ARGs变化量的77.5%,因此细菌群落和环境因子的变化可能是影响ARGs丰度变化的主要因素。
[Abstract]:As a new pollutant, ARGs can be transferred vertically and horizontally. Make microbes in the environment carry ARGsand even spread among human pathogens. Antibiotics are used in large quantities as feed additives in large-scale aquaculture. Anaerobic fermentation is one of the most important ways to utilize livestock and poultry feces, but there may be a lot of ARGs in the fermentation products. Fertilisation and utilization of fermentation products is an important way for ARGs to enter the environment. The effects of fermentation parameters (different raw material ratios) on the fermentation process and ARGs in animal manure anaerobic fermentation were studied by means of laboratory simulation. The relationship between microbial community, pH and NH4) and ARGs were analyzed in order to reveal the microbiological mechanism of different factors affecting the changes of ARGs. The main results and conclusions were as follows: 1. At 017 days of anaerobic fermentation, The biogas accumulation ratio of pig manure to wheat straw was C3 / 7: 3 / 5: 5: 5 / C1 / 7. With the prolongation of fermentation time, the cumulative biogas production of C2 treatment increased significantly after 55 days anaerobic fermentation, and the total production of biogas was 1711 3857 and 3225 mL, respectively. The highest cumulative biogas yield was obtained when the ratio of pig manure to straw was treated with 5:5(C2. The acid production in volatile fatty acid (VFA) was isovalerate acetate butyrate isovalerate isobutyric acid. After 55 days of anaerobic fermentation, the concentration of VFAs in three treatments was obtained. In this experiment, five tetracycline resistance genes, tetCntetGntetWntetQ and tetXtrode 4 macrolides resistance genes, ermBmFermQ and ermXnelmQ, three sul1sul2 and dfrA7, and a kind of integron, DfrA7), were detected by anaerobic fermentation for 55-day anaerobic fermentation, and the results showed that all of the three genes, sul1sul2 and dfrA7, were used in anaerobic fermentation for 5 kinds of tetracycline resistance genes, such as sul1sul2 and dfrA7, respectively, after 55 days of anaerobic fermentation. Most of the ARGs was effectively removed in all treatments, and the absolute and relative abundance of sulfanilamide showed the best decreasing trend. After anaerobic fermentation, C3: 7: 3) treatment was more effective in reducing the abundance of ARGs gene. This may reduce the risk of diffusion and transmission of ARGs in the environment. Changes in microbial communities during anaerobic fermentation may play an important role in changes in ARGs. 3. According to PCoA analysis, Significant correlation between bacterial community structure and anaerobic fermentation process. Network analysis showed that Corynebacterium sp. 1, Acinetobacter acinetobacter Solibacillus, Enterococcus and Facklamia may be the main potential host bacteria for ErmBnsul1 and dfrA7. Redundancy analysis showed that RDA1 and RDA2 were the main host bacteria. The changes of bacterial community and environmental factors (pH and NH4) could account for 77.5% of the total ARGs changes. Therefore, the changes of bacterial community and environmental factors may be the main factors affecting the changes of ARGs abundance.
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X71;S859.796

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本文编号：1652944