中药渣和猪粪共资源化利用过程中抗生素抗性基因变化机理研究

发布时间：2020-06-20 17:48

【摘要】：随着中药产业发展而产生大量中药渣废弃物,其富含丰度营养物质和生物活性成分。目前中药渣资源化利用率低,不仅造成资源浪费而且污染环境。中药渣的合理处置是环境领域亟待解决的问题。抗生素因具有防治疾病和促进畜禽生长作用而在规模化养殖业中被广泛应用,大部分抗生素以其原体或代谢物形式随尿液和粪便排出,由于抗生素选择性压力可能产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)。ARGs可通过水平基因转移(Horizontal gene transfer,HGT)和垂直转移使人类致病菌获得抗性,从而削弱抗生素药效,甚至可能产生超级细菌,威胁人类健康。好氧堆肥和厌氧发酵是固体废弃物资源化利用的常用技术手段,资源化利用后产物的农业利用是ARGs进入环境的重要途径。本文研究了中药渣和畜禽粪便共资源化利用过程和产物中ARGs的变化,分析了ARGs、基因遗传元件(MGEs)和微生物群落的关系,以期揭示中药渣和猪粪共资源化利用过程中ARGs变化的微生物学机理。取得的主要结果和结论如下:(1)中药渣能有效的降低除tetC之外的大多数目标ARGs(0.18 logs 2.82 logs)和MGEs(0.47 logs 3.34 logs),而且对好氧堆肥产品中Turicibacter、Terrisporobacter、Clostridium_sensu_stricto_1、Lactobacillus和Romboutsia具有抑制作用。Network分析和RDA分析表明,微生物群落结构变化是引起中药渣好氧堆肥过程中ARGs丰度变化的主要机制;相关性分析表明,中药渣可通过降低基因遗传元件丰度抑制HGT从而削弱ARGs的传播。(2)中药渣厌氧发酵使猪粪中14种ARGs的丰度显著降低,其降幅为36.7% 96.5%。由环境因子引起的细菌群落演替是中药渣和猪粪共厌氧发酵过程中ARGs变化的主要驱动因素;中药渣不仅能减少ARGs的潜在宿主菌(其中包括部分人类致病菌)的多样性和相对丰度,而且能抑制HGT。ARGs潜在宿主菌主要属于Firmicutes和Proteobacteria。综上所述,中药渣和猪粪共好氧堆肥和厌氧发酵均能有效削减畜禽粪便中ARGs和MGEs,而且好氧堆肥削减效果优于厌氧发酵;微生物群落结构变化是引起中药渣和猪粪共资源化利用过程中ARGs丰度变化的主要机制;中药渣不仅能减少ARGs的潜在宿主菌而且能抑制HGT。因此,好氧堆肥和厌氧发酵是行之有效处理中药渣和畜禽粪便循环利用的生物方法。
【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】：2018
【分类号】：X713;X787
【图文】：

转移途径

图 1-1 基因水平转移途径（von Wintersdorff et al. 2016）ure 1-1 Pathway of horizontal gene transfer (von Wintersdorff et al. 2016)

传播途径,中药渣,有效态,猪粪

第一章绪论 7图1-2 抗生素抗性基因在环境中的主要传播途径Fig1-2 Potential exposure pathways and transport of antibiotic resistance genes in the environment1.3 主要研究内容与技术路线1.3.1 研究内容1.3.1.1 中药渣和猪粪共好氧堆肥过程 ARGs 行为特征研究本研究选取中药渣、猪粪作为实验对象，以四环素抗性基因（tetC、tetG、tetW、tetX），磺胺类抗性基因（sul1、sul2、dfrA7），大环内酯类抗性基因（ermF、ermQ、ermX），喹诺酮类（qnr A、qnr S 和 aac(6’)-Ib-cr）为研究对象。基因遗传元件（int1、int2、Tn916/1545和 ISCR1）广泛存在于畜禽粪便中，可能影响抗生素抗性基因 HGT，因此也将其作为本研究的目标基因。用常规法测定堆肥过程中的基本理化指标（温度、pH、全碳、全氮、含水率、有效态 Cu 和有效态 Zn）的变化，采用实时定量 PCR 和 16S rRNA 基因测序测定堆肥过程中 ARGs、 MGEs 和微生物群落的变化；利用相关性分析

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