农业废弃物肥料化过程中功能基因和抗生素抗性基因变化机理研究
发布时间：2022-01-07 00:12
抗生素选择性压力可诱导产生抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）,畜禽养殖业中抗生素滥用导致养殖废弃物成为环境中ARGs的重要储存库。ARGs可通过水平基因转移进入致病菌,降低抗生素对病菌的功效,威胁人类健康。好氧堆肥是在细菌、真菌等多种微生物参与下,对畜禽粪便进行资源化利用的重要途径。接种外源功能微生物可以提高堆肥效率、改善堆肥产品质量,但微生物接种对堆肥过程中微生物群落、ARGs、纤维素降解和固氮功能基因的影响尚不清楚。养殖场废弃物肥料化利用是ARGs进入土壤的主要途径,土壤中ARGs可进入植物内生菌并通过食物链进行传播,然而肥料中残留ARGs如何在土壤、蔬菜中累积和传播有待明确。因此,本文研究了接种木质纤维素降解菌和功能菌对堆肥过程中细菌、真菌、固氮群落及ARGs、纤维素降解基因、固氮基因的影响,分析了功能基因与功能微生物、环境因子之间的关系,揭示了功能微生物接种对堆肥中微生物群落和功能基因的影响机制。进一步通过盆栽试验研究了有机肥施用过程中ARGs在土壤和蔬菜中的丰度变化,分析了土壤细菌和蔬菜内生菌的群落变化,明确了ARGs赋存特征及...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ARGs的传播机制（Sommeretal.2017）
第一章绪论5图1-2畜禽粪便中ARGs在环境中潜在的传播途径（支苏丽等2019）Figure1-2PotentialtransportsofARGsinenvironmentfromlivestockmanure1.2.2畜禽养殖废弃物中ARGs的削减ARGs成为畜禽粪便资源化利用的主要障碍因子，为了减少畜禽粪便中ARGs的污染及传播，越来越多研究者开始探索利用生物技术削减畜禽粪便中ARGs，以达到从源头控制，降低其生态环境风险。好氧堆肥是畜禽粪便无害化处理和资源化利用的重要手段，同时也是削减畜禽粪便中ARGs的重要技术，对ARGs扩散和传播具有一定的控制效果。己有研究表明ARGs去除主要发生在堆肥升温和高温阶段，高温可以促进ARGs削减，且温度越高去除率越高（Ramaswamyetal.2010）。此外，堆肥温度也会对微生物产生选择作用，通过影响ARGs宿主活性影响ARGs去除（Arikanetal.2007）。目前，堆肥过程中ARGs变化已成为研究热点，如Yuetal.（2005）发现猪粪经过堆肥后10种ARGs丰度大幅降低，特别是7种四环素类基因（tetM、tetO、tetB/P、tetQ、tetS、tetT和tetW）在大于60%的堆肥样品中低于检测限，表明堆肥可有效削减ARGs。郑宁国等（2016）研究表明qnrS丰度在猪粪高温堆肥中急剧降低，去除率达到99.7%；而qnrA降解速率较为缓慢，去除率只有61.8%。武晋萍等（2019）研究表明鸡粪和中药渣共堆肥后，5种MGEs（intI1、intI2、tnpA-01、tnpA-02和tnpA-03）丰度均显著降低，其中tnpA-01和tnpA-02丰度减少了两个数量级；β-内酰胺类去除率为78.63%，林可酰胺类平均去除率为90.39%，tetG降低了99.77%；qnrD去除率最高为99.89%，sulⅢ去除率高达99.88%，表明中药渣与鸡粪共堆肥可显著降低ARGs丰度，从而降低畜禽粪便在农田施用中ARGs的扩散风险。然而Selvametal.（2012）研究发现对猪粪进行28–42d堆肥后，喹诺酮?
第一章绪论15丰度变化的微生物学机制。1.3.1.5有机肥施用对土壤和蔬菜中抗生素抗性基因累积和传播的影响接种功能微生物可以提高堆肥中ARGs的削减，但其堆肥产品施用对ARGs在土壤和蔬菜系统中的累积和传播尚不清楚。分别施加10%的未处理粪便、普通堆肥产品及接种功能微生物（WSD.5和NPK）的堆肥产品于土壤中，以不施肥土壤为对照，种植生菜、苦菊和樱桃萝卜，研究不同有机肥施用对土壤和蔬菜中ARGs、重金属抗性基因（MRGs）和MGEs丰度变化的影响，分析土壤和蔬菜中人类致病菌和细菌群落多样性的变化，明确细菌群落、MGEs、MRGs和ARGs之间的关系，揭示不同有机肥对土壤和蔬菜中ARGs传播的潜在影响机理。1.3.2技术路线本研究技术路线见图1-3。图1-3技术路线Figure1-3Technologyroadmap
【参考文献】：
期刊论文
[1]极端嗜热功能菌筛选及其促进堆肥腐熟效果研究[J]. 王玉,张晶,曹云,吴华山,黄红英,刘爱民. 农业环境科学学报. 2020(07)
[2]鸡粪有机肥对土壤中抗生素抗性基因和整合酶基因的影响[J]. 彭晶,高英志,谷月,许铁夫,王爱杰,王科. 环境工程学报. 2019(04)
[3]鸡粪与中药渣共堆肥对抗生素抗性基因的影响[J]. 武晋萍,陈建文,刘勇,张红,李君剑. 环境科学. 2019(07)
[4]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]. 支苏丽,周婧,赵润,杨凤霞,张克强. 农业工程学报. 2019(01)
[5]高通量测序技术分析猪粪堆肥过程中微生物群落结构变化[J]. 黄雅楠,王晓慧,曹琦,傅学聪,付文怡,马杰,张明. 微生物学杂志. 2018(05)
[6]Screening of a microbial consortium with efficient corn stover degradation ability at low temperature[J]. Qinggeer,GAO Ju-lin,YU Xiao-fang,ZHANG Bao-lin,WANG Zhi-gang,Borjigin Naoganchaolu,HU Shu-ping,SUN Ji-ying,XIE Min,WANG Zhen. Journal of Integrative Agriculture. 2016(10)
[7]施用畜禽粪便有机肥土壤抗生素抗性基因污染状况[J]. 张兰河,王佳佳,高敏,仇天雷,韩梅琳,王旭明. 生态与农村环境学报. 2016(04)
[8]高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响[J]. 郑宁国,黄南,王卫卫,喻曼,陈晓旸,姚燕来,王卫平,洪春来. 环境科学. 2016(05)
[9]在堆肥过程中添加外源菌剂对GH3真菌家族β-葡萄糖苷水解酶微生物群落的影响[J]. 林敏,李洪涛,许修宏,李思琦. 安徽农业科学. 2015(12)
[10]添加菌剂制作堆肥的肥效及菌群多样性分析[J]. 刘长莉,李娜,王宝鑫,李春玲,齐英杰. 中国农学通报. 2015(08)
博士论文
[1]规模化猪场粪污中典型抗生素归趋行为及抗性基因扩散特征研究[D]. 李晓华.中国农业科学院 2018
[2]抗生素及其耐药性在畜禽粪便-土壤-蔬菜中的传播和转移[D]. 张昊.河南师范大学 2018
[3]生物炭对土壤中抗生素及其抗性基因变化的影响研究[D]. 段曼莉.西北农林科技大学 2017
[4]畜禽废弃物堆肥微生物群落结构高通量分析及抗病性研究[D]. 顾文杰.华南农业大学 2017
[5]堆肥过程中木质素降解及甲烷排放相关功能基因研究[D]. 范长征.湖南大学 2015
[6]广州市水产养殖品中耐药共生菌分布及耐药基因传播机制的研究[D]. 叶蕾.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]肉鸡饲养场PM2.5、粪便和土壤中抗生素抗性基因污染特征及抗生素耐药菌的分布[D]. 刘菲.常州大学 2019
[2]接种菌剂强化堆肥过程及碳氮物质转化规律的研究[D]. 徐佳琦.广西大学 2019
[3]畜禽粪肥施用对温室土壤与蔬菜中抗生素抗性基因的影响[D]. 辛芝红.山西大学 2018
[4]表面流人工湿地对养殖废水中抗生素和抗性基因去除效应研究[D]. 张金璐.湖南农业大学 2017
[5]农业废物堆肥化中理化参数对GH6家族基因影响研究[D]. 苟宇.湖南大学 2017
[6]堆肥中β-glucosidase家族微生物群落与纤维素降解的相关性研究[D]. 王涵.东北农业大学 2016
[7]鸡粪堆肥过程中诺氟沙星削减规律及微生物分子生态学机制[D]. 冯瑶.中国农业科学院 2016
[8]畜禽粪便及有机肥中的重金属、抗生素和抗性基因及其在堆肥过程中的变化[D]. 李谦.南京农业大学 2016
[9]施加畜禽粪肥对蔬菜中抗生素抗性内生细菌的影响[D]. 郭玉晖.河南师范大学 2015
[10]长期施用鸡粪农田土壤中典型抗生素耐药细菌及其抗性基因污染分析[D]. 葛伟丽.山东农业大学 2014
本文编号：3573417
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ARGs的传播机制（Sommeretal.2017）
第一章绪论5图1-2畜禽粪便中ARGs在环境中潜在的传播途径（支苏丽等2019）Figure1-2PotentialtransportsofARGsinenvironmentfromlivestockmanure1.2.2畜禽养殖废弃物中ARGs的削减ARGs成为畜禽粪便资源化利用的主要障碍因子，为了减少畜禽粪便中ARGs的污染及传播，越来越多研究者开始探索利用生物技术削减畜禽粪便中ARGs，以达到从源头控制，降低其生态环境风险。好氧堆肥是畜禽粪便无害化处理和资源化利用的重要手段，同时也是削减畜禽粪便中ARGs的重要技术，对ARGs扩散和传播具有一定的控制效果。己有研究表明ARGs去除主要发生在堆肥升温和高温阶段，高温可以促进ARGs削减，且温度越高去除率越高（Ramaswamyetal.2010）。此外，堆肥温度也会对微生物产生选择作用，通过影响ARGs宿主活性影响ARGs去除（Arikanetal.2007）。目前，堆肥过程中ARGs变化已成为研究热点，如Yuetal.（2005）发现猪粪经过堆肥后10种ARGs丰度大幅降低，特别是7种四环素类基因（tetM、tetO、tetB/P、tetQ、tetS、tetT和tetW）在大于60%的堆肥样品中低于检测限，表明堆肥可有效削减ARGs。郑宁国等（2016）研究表明qnrS丰度在猪粪高温堆肥中急剧降低，去除率达到99.7%；而qnrA降解速率较为缓慢，去除率只有61.8%。武晋萍等（2019）研究表明鸡粪和中药渣共堆肥后，5种MGEs（intI1、intI2、tnpA-01、tnpA-02和tnpA-03）丰度均显著降低，其中tnpA-01和tnpA-02丰度减少了两个数量级；β-内酰胺类去除率为78.63%，林可酰胺类平均去除率为90.39%，tetG降低了99.77%；qnrD去除率最高为99.89%，sulⅢ去除率高达99.88%，表明中药渣与鸡粪共堆肥可显著降低ARGs丰度，从而降低畜禽粪便在农田施用中ARGs的扩散风险。然而Selvametal.（2012）研究发现对猪粪进行28–42d堆肥后，喹诺酮?
第一章绪论15丰度变化的微生物学机制。1.3.1.5有机肥施用对土壤和蔬菜中抗生素抗性基因累积和传播的影响接种功能微生物可以提高堆肥中ARGs的削减，但其堆肥产品施用对ARGs在土壤和蔬菜系统中的累积和传播尚不清楚。分别施加10%的未处理粪便、普通堆肥产品及接种功能微生物（WSD.5和NPK）的堆肥产品于土壤中，以不施肥土壤为对照，种植生菜、苦菊和樱桃萝卜，研究不同有机肥施用对土壤和蔬菜中ARGs、重金属抗性基因（MRGs）和MGEs丰度变化的影响，分析土壤和蔬菜中人类致病菌和细菌群落多样性的变化，明确细菌群落、MGEs、MRGs和ARGs之间的关系，揭示不同有机肥对土壤和蔬菜中ARGs传播的潜在影响机理。1.3.2技术路线本研究技术路线见图1-3。图1-3技术路线Figure1-3Technologyroadmap
【参考文献】：
期刊论文
[1]极端嗜热功能菌筛选及其促进堆肥腐熟效果研究[J]. 王玉,张晶,曹云,吴华山,黄红英,刘爱民. 农业环境科学学报. 2020(07)
[2]鸡粪有机肥对土壤中抗生素抗性基因和整合酶基因的影响[J]. 彭晶,高英志,谷月,许铁夫,王爱杰,王科. 环境工程学报. 2019(04)
[3]鸡粪与中药渣共堆肥对抗生素抗性基因的影响[J]. 武晋萍,陈建文,刘勇,张红,李君剑. 环境科学. 2019(07)
[4]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]. 支苏丽,周婧,赵润,杨凤霞,张克强. 农业工程学报. 2019(01)
[5]高通量测序技术分析猪粪堆肥过程中微生物群落结构变化[J]. 黄雅楠,王晓慧,曹琦,傅学聪,付文怡,马杰,张明. 微生物学杂志. 2018(05)
[6]Screening of a microbial consortium with efficient corn stover degradation ability at low temperature[J]. Qinggeer,GAO Ju-lin,YU Xiao-fang,ZHANG Bao-lin,WANG Zhi-gang,Borjigin Naoganchaolu,HU Shu-ping,SUN Ji-ying,XIE Min,WANG Zhen. Journal of Integrative Agriculture. 2016(10)
[7]施用畜禽粪便有机肥土壤抗生素抗性基因污染状况[J]. 张兰河,王佳佳,高敏,仇天雷,韩梅琳,王旭明. 生态与农村环境学报. 2016(04)
[8]高温堆肥过程对猪粪来源抗生素抗性基因的影响[J]. 郑宁国,黄南,王卫卫,喻曼,陈晓旸,姚燕来,王卫平,洪春来. 环境科学. 2016(05)
[9]在堆肥过程中添加外源菌剂对GH3真菌家族β-葡萄糖苷水解酶微生物群落的影响[J]. 林敏,李洪涛,许修宏,李思琦. 安徽农业科学. 2015(12)
[10]添加菌剂制作堆肥的肥效及菌群多样性分析[J]. 刘长莉,李娜,王宝鑫,李春玲,齐英杰. 中国农学通报. 2015(08)
博士论文
[1]规模化猪场粪污中典型抗生素归趋行为及抗性基因扩散特征研究[D]. 李晓华.中国农业科学院 2018
[2]抗生素及其耐药性在畜禽粪便-土壤-蔬菜中的传播和转移[D]. 张昊.河南师范大学 2018
[3]生物炭对土壤中抗生素及其抗性基因变化的影响研究[D]. 段曼莉.西北农林科技大学 2017
[4]畜禽废弃物堆肥微生物群落结构高通量分析及抗病性研究[D]. 顾文杰.华南农业大学 2017
[5]堆肥过程中木质素降解及甲烷排放相关功能基因研究[D]. 范长征.湖南大学 2015
[6]广州市水产养殖品中耐药共生菌分布及耐药基因传播机制的研究[D]. 叶蕾.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]肉鸡饲养场PM2.5、粪便和土壤中抗生素抗性基因污染特征及抗生素耐药菌的分布[D]. 刘菲.常州大学 2019
[2]接种菌剂强化堆肥过程及碳氮物质转化规律的研究[D]. 徐佳琦.广西大学 2019
[3]畜禽粪肥施用对温室土壤与蔬菜中抗生素抗性基因的影响[D]. 辛芝红.山西大学 2018
[4]表面流人工湿地对养殖废水中抗生素和抗性基因去除效应研究[D]. 张金璐.湖南农业大学 2017
[5]农业废物堆肥化中理化参数对GH6家族基因影响研究[D]. 苟宇.湖南大学 2017
[6]堆肥中β-glucosidase家族微生物群落与纤维素降解的相关性研究[D]. 王涵.东北农业大学 2016
[7]鸡粪堆肥过程中诺氟沙星削减规律及微生物分子生态学机制[D]. 冯瑶.中国农业科学院 2016
[8]畜禽粪便及有机肥中的重金属、抗生素和抗性基因及其在堆肥过程中的变化[D]. 李谦.南京农业大学 2016
[9]施加畜禽粪肥对蔬菜中抗生素抗性内生细菌的影响[D]. 郭玉晖.河南师范大学 2015
[10]长期施用鸡粪农田土壤中典型抗生素耐药细菌及其抗性基因污染分析[D]. 葛伟丽.山东农业大学 2014
本文编号：3573417
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