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

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 (0.18logs–2.82 logs)和MGEs (0.47logs–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。

目录

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第一章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2文献综述

1.2.1中药渣的产生及处理现状

1.2.2抗生素抗性基因的来源和危害

1.2.3 ARGs的传播和扩散机制

1.2.4畜禽养殖中ARGs 的研究

1.3 主要研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2技术路线

第二章 中药渣和猪粪共好氧堆肥过程中ARGs行为特征研究

2.1材料与方法

2.1.1 试验材料与处理

2.1.2化学指标测定

2.1.3 DNA的提取和基因的定量

2.1.4 16S rRNA基因测序

2.1.5数据分析

2.2结果与分析

2.2.1中药渣和猪粪共好氧堆肥过程中ARGs和MGEs丰度变化

2.2.2中药渣和猪粪共好氧堆肥过程中微生物群落结构变化

2.2.3 ARGs、MGEs、微生物群落结构和环境因子的关系

2.3小结

第三章 中药渣和猪粪共厌氧发酵过程ARGs变化机理研究

3.1材料与方法

3.1.1 试验材料与处理

3.1.2 样品采集

3.1.3化学指标测定

3.1.4 DNA的提取和基因的定量

3.1.5 16S rRNA基因测序

3.1.6数据分析

3.2结果与分析

3.2.1 中药渣和猪粪共厌氧发酵过程中ARGs和MGEs丰度变化

3.2.2中药渣和猪粪共厌氧发酵过程中微生物群落特征

3.2.3中药渣和猪粪共厌氧发酵过程中ARGs与MGEs及微生物群落关系

3.2.4小结

第四章 结论与展望

4.1 主要结论

4.2 研究展望

参考文献

致谢

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