泰乐菌素对转基因棉秆堆肥过程中微生物群落多样性及抗性基因的影响

摘要

中国是世界上最大的棉花生产国，其中80％是转基因棉花，因而转基因棉秆的产量非常大，据统计，仅新疆自治区的棉秆年产量就高达600～750万吨（湿重）。棉秆中含有大量的木质纤维素、粗纤维、氮和磷等，通常被焚烧处理，不仅浪费了宝贵资源而且造成环境污染。好氧堆肥被认为是处理农业固体废弃物以及畜禽粪便最有前景的方法之一，并且畜禽粪便中残留的抗生素也得到广泛的关注。本研究以转基因和非转基因棉杆为原材料，和猪粪进行好氧堆肥，并添加养殖业大量使用的抗生素（泰乐菌素），采用Biolog法和实时定量PCR技术等，研究堆肥过程中的理化性质、微生物群落多样性、抗生素抗性基因以及Ⅰ、Ⅱ类整合子的变化。主要结果如下:
　　1.转基因棉杆对堆肥过程中抗生素抗性基因(ARGs)和移动基因元件的影响
　　转基因棉杆和非转基因棉杆用作为堆肥原料，经过40天的堆肥，均能达到腐熟标准。在堆肥各个时期的样品中检出了5种大环内酯抗性基因(ermB、ermF、ermQ、ermT、ermX)、2种四环素类抗性基因(tetC、tetX)、2种磺酰胺抗性基因（sull、sul2）、Ⅰ类和Ⅱ类整合子基因（intI1，intI2）。堆肥结束时，转基因和非转基因处理中ARGs，intI1和intI2的绝对丰度分别减少了5.12log和4.45log，且ARGs的变化受温度和铵态氮影响最为显著。此外，转基因棉秆和非转基因棉秆对大多数ARGs，intI1和intI2的影响没有差异。因此，同非转基因棉秆一样，转基因棉秆也可用于同畜禽粪便的好氧堆肥，并通过堆肥减少ARGs的丰度。
　　2.泰乐菌素对堆肥过程中理化性质和微生物群落多样性的影响
　　经过40天的堆肥，四个处理的温度均在50℃以上持续约6天，达到无害化处理要求。在堆肥结束时，四个处理的pH均在7.5-8.5之间，C/N值小于20，达到了腐熟标准。
　　Biolog结果显示，添加泰乐菌素能抑制堆肥初期微生物活性，但是随着堆肥的进行，堆肥中样品中泰乐菌素逐渐降解，抑制用作逐渐消失。多样性指数表明，泰乐菌素影响了微生物群落功能多样性和物种的优势度，在高温期低浓度的泰乐菌素影响作用更加显著，中浓度处理能提高微生物群落的均一性。并且添加泰乐菌素能提高堆肥末期微生物对六大类糖原的利用。
　　3.泰乐菌素对堆肥过程中抗性基因和遗传基因元件的影响
　　经过好氧堆肥，ARGs，intI1和intI2的总绝对丰度在CK、L、M和H处理中分别减少了8.61log、9.23log、9.27log和8.17log，说明通过好氧堆肥能有效减少抗性基因。16s rDNA定量结果表明，添加泰乐菌素能增加堆肥末期的细菌丰度。通过RDA分析发现，环境变量能解释总基因丰度变化的54.4％，且ARGs，intI1和intI2的变化受pH值影响最显著，占总解释量的19.1％。好氧堆肥虽然是一种有效去除抗生素的方法，但是不能完全去除抗性基因，因此还需要进一步研究来降低抗性基因对环境带来的风险。
　　转基因棉秆和非转基因棉杆均可作为堆肥底料进行对肥，且泰乐菌素能抑制堆肥初期微生物活性，并提高堆肥末期微生物对六大类糖原的利用，本文为评价含抗生素畜禽粪便堆肥的生态风险提供了理论参考依据。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 国内外研究概况

1．2．1 堆肥化技术在棉秆处理中应用研究现状

1．2．2 抗生素残留量以及对堆肥过程理化性质的影响研究

1．2．3 抗生素对堆肥过程中微生物群落的影响研究

1．2．4 堆肥过程中抗生素抗性基因的研究

1．3 研究目的和意义

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究意义

1．4 研究内容

1．4．1 转基因和非转基因棉秆与猪粪堆肥中抗生素抗性基因及腐熟度的研究

1．4．2 不同浓度的泰乐菌素对转基因棉秆和猪粪堆肥过程中理化性质的影响

1．4．3 不同浓度的泰乐菌素对转基因棉秆和猪粪堆肥过程中微生物群落的影响

1．4．4 不同浓度的泰乐菌素对转基因棉秆和猪粪堆肥过程中抗生素抗性基因的影响

第二章 转基因棉杆对猪粪堆肥过程中抗生素抗性基因和移动基因元件的影响

2．1 材料和方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验方法

2．1．3 试验设计

2．1．4 样品采集

2．1．5 项目测定与方法

2．1．6 数据处理与分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 堆肥过程中理化性质的变化

2．2．2 堆肥过程中抗生素抗性基因和移动基因元件的变化

2．2．3 抗生素抗性基因和环境因子之间的关系

2．3 小结

第三章 泰乐菌素对转基因棉杆堆肥过程中理化性质和微生物功能多样性的影响

3．1 材料和方法

3．1．1 试验材料

2．1．2 试验方法

2．1．3 试验设计

2．1．4 样品采集

3．1．5 项目测定与方法

2．1．6 数据处理与分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 泰乐菌素对转基因棉杆堆肥过程中理化性质的影响

3．2．2 泰乐菌素对堆肥过程中微生物群落多样性的影响

3．3 小结

第四章 泰乐菌素对转基因棉杆堆肥过程中抗性基因和遗传基因元件的影响

4．1 材料和方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验方法

4．1．3 试验设计

4．1．4 样品采集

4．1．5 项目测定与方法

4．1．6 数据处理与分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 泰乐菌素对转基因棉杆堆肥过程中抗生素抗性基因和基因遗传元件的影响

4．2．2 抗生素抗性基因和基因遗传元件与环境因子之间的关系

4．3 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

个人简介