糞污抗生素抗性基因傳播和去除關鍵驅動因素方面取得新進展

時間:2022年5月12日
來源:中國科學院南京土壤研究所

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該研究成果先后發表在Journal of Hazardous Materials 和Bioresource Technology上

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重金屬、抗生素和抗生素抗性基因是畜禽糞便中主要的有害物質,特別是抗生素抗性基因傳播日益受到關注。明確糞污抗生素抗性基因傳播和去除關鍵驅動因素,對于降低糞污有機肥農用抗生素抗性基因傳播風險具有重要意義。

南京土壤研究所王興祥研究團隊通過典型地區調查,明確了畜禽糞便中抗生素和重金屬的污染特征,發現了抗生素抗性基因傳播的主要驅動因子及相關路徑,明確了工程化厭氧和好氧發酵體系下影響抗生素和抗生素抗性基因去除的關鍵因素。主要結果如下:

1、四環素類抗生素和銅、鋅在畜禽糞便中殘留量較高,其中仔豬糞便殘留濃度高于其他動物糞便?;前奉悾⊿As)、氟喹諾酮類、大環內酯類抗生素和鎘、砷在畜禽糞便中含量相對較低,在不同動物糞便類型之間差別不大。以仔豬糞便為例研究發現,雖然SAs殘留量不高,但SAs顯著影響細菌群落結構組成,SAs含量與抗性基因和移動遺傳元件存在顯著的相關性。通過網絡分析發現有10個屬與抗性基因的水平轉移有關(MAB),26個屬與抗性基因的垂直基因轉移有關(AB)。最后利用結構方程模型解析了SAs誘導下抗性基因的主要傳播途徑,即SAs-MAB-AB-ARGs和SAs-AB-ARGs。

2、厭氧發酵過程中抗生素的降解主要發生在前21天,磺胺類抗生素的去除率明顯高于其他類型抗生素。與抗生素降解相關的關鍵微生物菌群主要是厚壁菌門和擬桿菌門,關鍵酶基因主要是脫氨酶、肽酶、C-N連接酶、脫羧酶和烷基芳基轉移酶基因。厭氧發酵過程中的丙酸積累是影響抗生素生物降解的關鍵因素,高濃度的丙酸會抑制關鍵微生物菌群和關鍵酶基因。

3、好氧堆肥過程中四環素類、磺胺類和大環內酯類的羅紅霉素等抗生素降解率較高,而氟喹諾酮類抗生素的降解率較低。好氧發酵對抗生素抗性基因的去除主要發生在升溫期和高溫期,抗生素降解是抗生素抗性基因豐度降低的主要原因,而溫度主要是通過影響抗生素濃度間接影響抗生素抗性基因的豐度,高溫(>55℃)天數可作為衡量溫度作用的重要指標。桿菌肽類抗性基因在堆肥過程中較難去除,枯草芽孢桿菌是該類抗性基因的主要宿主,意味著有機肥生產中加入生防菌枯草芽孢桿菌可能會加劇桿菌肽類抗性基因傳播的風險。雖然沼渣堆肥較豬糞直接堆肥存在升溫慢、高溫期持續時間短等問題,但厭氧發酵結合好氧堆肥更有利于抗生素和抗生素抗性基因的去除。

該研究成果先后發表在Journal of Hazardous Materials 和Bioresource Technology上。研究工作得到了江西省重點研發計劃重大專項“畜禽糞污無害化及資源化利用技術與設備研發”(20182ABC28006)的資助。

論文鏈接:1,2,3

 

磺胺類對關鍵宿主及抗生素抗性基因的影響及路徑解析

丙酸對抗生素降解關鍵微生物菌群和關鍵酶基因的影響

好氧發酵過程中影響抗性基因去除的關鍵宿主及環境因子

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