纳米零价铁对养殖场废弃物厌氧发酵过程中抗生素抗性基因的影响

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:puppy_tang
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抗生素被广泛应用于畜禽养殖业饲料中,并诱导动物肠道与畜禽粪便中产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)。ARGs可以通过水平基因转移在不同微生物间传播,当大量携带ARGs的有机肥被施入农田,土壤中微生物获得抗生素抗性的风险随之加大,甚至威胁人体健康。厌氧发酵是畜禽粪便资源化利用的重要方式,但其发酵产物中存在较大的ARGs传播风险。纳米零价铁(Nano-zerovalent iron,n ZVI)具有强还原性和高反应活性,在修复抗生素污染和提高厌氧发酵效率方面具有优越性能。因此,本文将n ZVI添加入牛粪厌氧发酵过程,研究了不同浓度(0、80和160 mg·L-1)的n ZVI对厌氧发酵产气、ARGs、移动基因元件(Mobile genetic elements,MGEs)和微生物群落的影响,分析了ARGs与MGEs、微生物群落、环境因子之间的关系,探究了n ZVI对ARGs赋存状况产生影响的主要因素。主要结果和结论如下:(1)n ZVI的添加增加了厌氧发酵甲烷产量,添加80 mg·L-1与160 mg·L-1 n ZVI的处理分别较CK增加了6.56%和6.43%。在发酵前期,添加n ZVI增加了体系中VFAs浓度和NO3--N的含量,提高了产气高峰值。(2)厌氧发酵初始样品最丰富的ARGs为sul1,tet M,sul2和erm F。厌氧发酵有效控制了12/14的被检测ARGs。与CK相比,添加160 mg·L-1 n ZVI有效降低了发酵产物中ARGs绝对丰度5.5 logs–9.4 logs。160 mg·L-1n ZVI实现了对MGEs最有效的削减,主要降低了Tn916/1545的绝对丰度。(3)Firmicutes,Bacteroidetes,Actinobacteria和Proteobacteria是厌氧发酵门水平上的优势微生物。n ZVI主要通过增加与水解和产乙酸相关的细菌群落丰度来促进甲烷的产生。添加160 mg·L-1 n ZVI可有效削减厌氧发酵产物中主要宿主细菌Acinetobacter的丰度。MGEs是影响ARGs变化的关键因素,int I1和Tn916/1545的影响最大。n ZVI通过影响环境变量间接影响宿主细菌,从而对ARGs的变化产生影响。纳米零价铁可以改善厌氧发酵产气性能,提高甲烷的产量,增强发酵体系稳定性。MGEs是影响ARGs变化的最重要因素。环境因子通过影响宿主菌间接影响ARGs的变化。添加n ZVI可以降低ARGs的丰度及传播风险。其中,添加160 mg·L-1 n ZVI可有效削减厌氧发酵产物中的ARGs,主导MGEs Tn916/1545和主要宿主菌Acinetobacter的丰度。
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