牛粪厌氧消化工艺参数对其抗生素抗性基因丰度和微生物群落结构的影响
发布时间：2021-04-14 02:37
厌氧消化对畜禽粪便中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）具有削减作用,有助于降低其造成的环境污染及生态风险。工艺参数是影响厌氧消化系统的重要因素,为研究工艺参数对牛粪厌氧消化系统中ARGs丰度和微生物群落结构的影响,本研究开展了温度、搅拌和固含率3种工艺参数下的厌氧消化试验,分析了厌氧消化理化特征、ARGs丰度、可移动遗传元件（Mobile genetic elements,MGEs）丰度和微生物群落结构,探究理化因子、ARGs、MGEs和微生物群落间的相互关系,揭示厌氧消化过程中不同工艺参数条件下影响ARGs丰度变化的关键因素。研究的主要结果和结论如下:（1）高温厌氧消化较中温反应时间缩短了15天,总产气量和总产甲烷量分别增加13.92%和16.86%;SCOD浓度升高了47.49%,氨氮浓度降低了5.64%;ARGs的绝对丰度降低了0.75 log;拟杆菌门丰度从40.26%降低至1.24%,螺旋体门丰度从15.42%降低至2.26%,厚壁菌门丰度从33.40%升高至86.58%。（2）中温厌氧消化下,搅拌使总产气量和总产甲烷量分别增加...
【文章来源】：内蒙古大学内蒙古自治区 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
内蒙古大学硕士论文13图3.1不同温度厌氧消化过程中产气变化（A：产气速率；B：总产气量；C：产甲烷速率；D：总产甲烷量,m-AD代表中温厌氧消化，t-AD代表高温厌氧消化）Fig.3.1Changesofbiogasproductionduringanaerobicdigestionatdifferenttemperatures(A:biogasproductionrate;B:totalbiogasproduction;C:methaneproductionrate;D:totalmethaneproduction,m-ADrepresentsmesophilicanaerobicdigestion,andt-ADrepresentsthermophilicanaerobicdigestion)厌氧消化前后的理化参数变化如表3.1所示。总固体含量和SCOD可间接反映厌氧消化系统中有机物的变化情况[48]。经35°C和55°C消化后，总固体含量分别为6.25%和7.08%，证明中温条件下有机物利用率显著（P<0.05）高于高温条件。35°C和55°C条件下SCOD的去除率分别为63.17%和45.68%，进一步证实了中温条件下有机物利用率更高。微生物利用有机物产酸是厌氧消化的第二阶段[49]，中温厌氧消化后的总挥发酸浓度与高温厌氧消化后的无显著差异，原因可能是一些微生物将有机物转化为不能被产甲烷菌所利用的酸类物质[50]。35°C消化后的pH值为6.50，显著（P<0.05）低于55°C消化后的6.66，证明中温消化比高温消化的酸累积量更多。氨氮是厌氧消化系统稳定性的指标之一[51]。初始总氨氮浓度为531.55mg/L，35°C和55°C厌氧消化结束后分别升高为918.06mg/L
内蒙古大学硕士论文16图3.2厌氧消化前后ARGs绝对丰度变化（m-AD代表中温厌氧消化，t-AD代表高温厌氧消化）Fig.3.2ChangesofARGsabsoluteabundancesbeforeandafteranaerobicdigestion(m-ADrepresentsmesophilicanaerobicdigestion,andt-ADrepresentsthermophilicanaerobicdigestion)3.2.2温度对ARGs相对丰度变化的影响相对丰度是指基因拷贝数与16SrRNA拷贝数的比值，能反映细菌种群中含有该基因的细菌所占的比例，与细菌群落有关[54]。不同温度厌氧消化ARGs相对丰度的变化如图3.3所示，与绝对丰度的变化一致，所有检测到的ARGs的相对丰度在厌氧消化结束后均降低。在初始牛粪中，ARGs的相对丰度为1.98×10-1copies/16Scopies，tetQ的相对丰度最高为1.63×10-1copies/16Scopies，占相对丰度的81.68%，原因可能是初始牛粪中携带tetQ的抗性菌在总抗性菌中占主导地位[55]。35°C和55°C厌氧消化结束后ARGs的相对丰度分别降低至2.14×10-2copies/16Scopies和1.78×10-1copies/16Scopies。
本文编号：3136489
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【学位级别】：硕士
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内蒙古大学硕士论文13图3.1不同温度厌氧消化过程中产气变化（A：产气速率；B：总产气量；C：产甲烷速率；D：总产甲烷量,m-AD代表中温厌氧消化，t-AD代表高温厌氧消化）Fig.3.1Changesofbiogasproductionduringanaerobicdigestionatdifferenttemperatures(A:biogasproductionrate;B:totalbiogasproduction;C:methaneproductionrate;D:totalmethaneproduction,m-ADrepresentsmesophilicanaerobicdigestion,andt-ADrepresentsthermophilicanaerobicdigestion)厌氧消化前后的理化参数变化如表3.1所示。总固体含量和SCOD可间接反映厌氧消化系统中有机物的变化情况[48]。经35°C和55°C消化后，总固体含量分别为6.25%和7.08%，证明中温条件下有机物利用率显著（P<0.05）高于高温条件。35°C和55°C条件下SCOD的去除率分别为63.17%和45.68%，进一步证实了中温条件下有机物利用率更高。微生物利用有机物产酸是厌氧消化的第二阶段[49]，中温厌氧消化后的总挥发酸浓度与高温厌氧消化后的无显著差异，原因可能是一些微生物将有机物转化为不能被产甲烷菌所利用的酸类物质[50]。35°C消化后的pH值为6.50，显著（P<0.05）低于55°C消化后的6.66，证明中温消化比高温消化的酸累积量更多。氨氮是厌氧消化系统稳定性的指标之一[51]。初始总氨氮浓度为531.55mg/L，35°C和55°C厌氧消化结束后分别升高为918.06mg/L
内蒙古大学硕士论文16图3.2厌氧消化前后ARGs绝对丰度变化（m-AD代表中温厌氧消化，t-AD代表高温厌氧消化）Fig.3.2ChangesofARGsabsoluteabundancesbeforeandafteranaerobicdigestion(m-ADrepresentsmesophilicanaerobicdigestion,andt-ADrepresentsthermophilicanaerobicdigestion)3.2.2温度对ARGs相对丰度变化的影响相对丰度是指基因拷贝数与16SrRNA拷贝数的比值，能反映细菌种群中含有该基因的细菌所占的比例，与细菌群落有关[54]。不同温度厌氧消化ARGs相对丰度的变化如图3.3所示，与绝对丰度的变化一致，所有检测到的ARGs的相对丰度在厌氧消化结束后均降低。在初始牛粪中，ARGs的相对丰度为1.98×10-1copies/16Scopies，tetQ的相对丰度最高为1.63×10-1copies/16Scopies，占相对丰度的81.68%，原因可能是初始牛粪中携带tetQ的抗性菌在总抗性菌中占主导地位[55]。35°C和55°C厌氧消化结束后ARGs的相对丰度分别降低至2.14×10-2copies/16Scopies和1.78×10-1copies/16Scopies。
本文编号：3136489
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