养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

高温持续时间对鸡粪堆肥中多重耐药菌、接合型质粒及耐药基因消减特征的影响

为研究堆肥过程中高温持续时间对多重耐药大肠杆菌及其携带的接合型质粒和抗生素耐药基因（Antibiotic resistance gene,ARGs）消减规律的影响,本研究在鸡粪堆肥初始物料中外源添加多重耐药大肠杆菌菌液,并设置延长高温时间组（CT组）和常规堆肥组（NT组）两种堆肥条件处理,利用选择性培养及16S rRNA基因扩增子测序技术检测多重耐药菌群变化规律,同时利用数字PCR定量检测大肠杆菌16S rRNA基因、接合型质粒转移酶基因（MOBP）、氨基糖苷类耐药基因[APH(3)-Ib]及磺胺类耐药基因（sul2）和Ⅰ类整合子-整合酶基因（intl1）等污染物相对丰度变化,对比获得了延长高温时间对多重耐药菌及其ARGs消减速率的影响。结果表明,高温堆肥能够明显抑制堆肥中多重耐药菌的生长,并且CT组对其的抑制效果明显好于NT组。堆肥结束后,五种基因在CT组的相对丰度消减率为79.82%～99.99%,但NT组中腐熟期结束后APH(3)-Ib、sul2、intl1等基因相对丰度均高于初始物料。多重耐药大肠杆菌及其接合型质粒的消减规律均符合一级动力学方程,但APH(3)-Ib、sul2和...     

畜禽粪便中抗生素抗性基因(ARGs)污染问题及环境调控

抗生素在畜禽养殖业的大量使用造成抗生素抗性基因(ARGs)污染日益严重。动物体内诱导出的抗性菌株随粪便排出后,通过基因水平转移进入土壤进而污染土壤和地下水环境。堆肥作为一种将粪便资源化的优良传统方法,能否有效去除畜禽粪便中的ARGs而防止环境污染值得探讨。通过总结畜禽粪便ARGs污染现状,粪便堆肥过程中微生物群落结构变化与影响微生物变化的因素以及堆肥可能对粪便中ARGs造成的影响,提出将堆肥作为去除畜禽粪便中ARGs的一种有效手段,利用堆肥产生的高温去除抗性菌株和抗性质粒等,并且考虑加入能直接灭杀肠道微生物的化学抑制剂(如石灰氮、胺类、吲哚等),实现降低畜禽粪便ARGs丰度的可能。据此强调开展畜禽粪便中ARGs研究的必要性,认为将堆肥和ARGs研究结合起来,可以有效地降低这种新型污染物的污染水平。     

大学校园有机固废耦合堆肥实验研究

[目的]为获得符合卫生标准的堆肥产物,探索耦合堆肥的最佳配比.[方法]采取好氧堆肥,系统研究不同原料配比条件下堆肥过程中温度、含水率、总碳、总氮及碳氮比等评价指标参数的变化规律.[结果]在3种有机固废不同配比情况下,它们都可被大量增殖的微生物分解,但不同配比会导致堆肥过程不同.[结论]当餐厨垃圾∶污泥∶生活垃圾（质量比）为1∶2∶3时,堆肥效果最好,可以实现有机固废的稳定化处理与资源化利用.     

堆肥过程中有机物的转化及其评价方法

为客观评价好氧堆肥过程中有机物的转化程度,以“有机固废”、“生物转化”和“有机物转化率”为关键词,在中国学术期刊网络出版总库(CNKI)和Web of Science核心合集等数据库检索获得近年来发表的文献,对堆肥过程中有机物转化的相关文献进行梳理和总结,结果表明：1)好氧堆肥过程中有机物主要通过矿化和腐殖化进行转化,提高有机物的腐殖化程度有利于碳素的保存;2)目前有机物转化的评价方法包括有机物损失率、好氧呼吸量、有机组分降解率、碳质量平衡和有机物降解模型等,但在实际应用中仍存在局限性;3)本研究提出以堆肥目标产物为导向,将不稳定腐殖质中的碳作为有机物转化评价指标的方法,可用于判定堆肥原料可降解性、堆肥发酵进程和堆肥产品质量,兼具科学性、准确性和实用性。研究结果可为有机固废资源化效果评价提供方法支撑,推动堆肥科学与技术发展。     

畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的研究进展

兽用抗生素具有显著的促动物生长、预防动物疾病的作用。随着集约化畜牧业以及配合饲料工业的不断发展,抗生素作为饲料添加剂在全球范围内已被广泛应用。我国畜禽养殖业对抗生素的依赖甚是严重,每年用于畜禽养殖的兽药抗生素超过了8吨,占抗生素总产量的一半以上。这些兽用抗生素并不能完全被动物体所吸收,绝大部分以原药或者代谢产物的形式随畜禽粪便和尿液排出体外,导致畜禽粪污中多种抗生素残留,最高浓度达到了183.50 mg·kg~(-1)。残留抗生素可能经各种途径进入土壤和水体环境中,一方面影响土著微生物的活性,另一方面引起抗性菌和抗性基因的产生和传播,给生态系统安全和人类身体健康带来巨大的负面效应。因此,充分、有效消减畜禽粪污中兽药抗生素十分重要而迫切。论文作者在总结大量文献的基础上,对国内外畜禽粪便抗生素的污染特点和赋存规律进行了系统介绍,并着重阐述了国内外畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的最新研究进展,描述了畜禽粪便好氧堆肥和厌氧发酵的分类及工艺流程。在此基础上重点对好氧堆肥和厌氧发酵两种处理方式下畜禽粪便中兽用抗生素的去除程度进行了详尽、深入分析,同时对抗生素消减效果的影响因素进行了充分讨论。主要结论:好氧堆肥对土霉素、四环素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、环丙沙星、恩诺沙星和泰乐菌素等主要类别抗生素的最高去除率可达65.5%—100%,去除效果受抗生素种类、初始浓度、添加方式、堆肥温度、供养方式、底物组成影响;厌氧发酵对氨苄青霉素、四环素、磺胺甲氧二嗪的去除可达100%,但几乎无法去除磺胺噻唑、磺胺二甲基嘧啶、磺胺氯哒嗪、泰乐菌素,去除效果受抗生素种类、浓度、发酵温度、污泥性质、混合速率和发酵时间影响。最后,对需要进一步开展的研究进行了展望,建议加强兽用抗生素的监管,制定相关的法规和标准,加速兽用抗生素替代物品的研发,减少源头污染;深入开展畜禽废弃物好氧堆肥或者厌氧发酵过程中抗生素降解产物及机理研究;筛选具有强降解能力的微生物作为菌剂,强化其对畜禽养殖废弃物中兽用抗生素的消减;深入研究好氧堆肥和厌氧发酵过程中抗生素和ARGs之间的相互关系,去除兽用抗生素的同时也加速ARGs的削减。     

四环素耐药基因在猪粪便、堆肥和土壤中的归趋

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,简写为ARGs)是一种新兴的环境污染物[1],在我国禽畜养殖业中由于抗生素的大量使用,导致禽畜粪便中ARGs广泛存在,但其在环境中归趋的研究还较少。四环素是我国禽畜养殖业中广泛使用的抗生素,本研究采用分子生物学技术,研究了猪粪便中四环素耐药基因(an-tibiotic resistance genes,TRGs)的分布以及迁移变化。通过普通PCR定性检测,发现在养猪场各样品中均检测出TRGs。荧光定量PCR检测发现猪粪堆肥中tet(A)和tet(C)基因的含量相比于土壤中的tet(A)和tet(C)的含量均高0~1个数量级,而比新鲜猪粪中的分别低0~3和1~4个数量级。据此推测TRGs在新鲜猪粪、堆肥和土壤中总体呈逐级降低的趋势,堆肥处理有利于TRGs含量的消减。     

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染与扩散研究进展

兽用抗生素的长期使用导致畜禽养殖环境中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染日益严重,其在环境中的风险与危害也逐渐引起人们的重视。本文针对畜禽养殖环境中ARGs的污染与扩散情况进行综述,分析了不同畜种、不同国家（地区）间粪便中ARGs的浓度水平差异,并阐述了ARGs在粪便堆肥过程中的变化,以及在不同废水处理工艺中的消长情况。此外,还特别讨论了ARGs通过粪肥施用和气流作用等途径向周围土壤和大气等环境的输入,及其对周围环境介质中天然耐药水平的影响。最后,结合畜禽粪污ARGs的污染现状对今后减少养殖场ARGs排放和扩散的措施进行了总结与展望。     

污水深度处理工艺对抗生素抗性菌和抗性基因去除研究进展

由抗生素的不合理使用产生的抗生素抗性菌(Antibiotic-resistant bacteria,ARB)和抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)已广泛存在于各种环境介质中,对人类健康和生态安全造成了潜在危害。即使抗生素消减后ARB也能在环境中长期存在,ARGs可通过水平基因转移(Horizontal gene transfer,HGT)进一步扩散。污水处理厂是ARB和ARGs的储存库,也是实现其削减的重要环节。因此,探索可高效去除ARB和ARGs的污水深度处理工艺是十分必要的。本文综述了多种深度处理工艺对ARB和ARGs的去除研究进展,分析了氯消毒、紫外和臭氧氧化等传统消毒处理工艺和光/H2O2、光芬顿、光催化等高级氧化技术,以及人工湿地、混凝、膜处理等工艺对ARB和ARGs的去除效果与机理。在此基础上,对今后ARB和ARGs去除相关的研究重点和方向提出建议,以期为我国污水深度处理工艺的选择提供借鉴。     

养猪废水处理工艺对耐药基因迁移影响研究进展

生猪养殖是环境中抗生素耐药基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的重要来源之一,而养猪废水的排放是ARGs进入环境的主要渠道。目前,养猪废水中ARGs排放所导致的环境效应尚不明晰,同时,不同养猪废水处理工艺对于ARGs去除的相关研究尚处于起始阶段,需要进行更加深入、细致的研究,以及探索减少养猪废水中ARGs丰度的养殖废水处理方法。本文综述了养猪场内ARGs从产生到进入环境的过程以及当前ARGs污染情况和研究现状,从不同的污水处理法（厌氧生物处理法、好氧生物处理法、物理化学法、人工湿地法）出发,重点介绍养猪场污水处理工艺中ARGs的分布和去除效果,认为物理化学法是消减养猪废水中ARGs污染问题最具前景的处理方式。最后,基于目前养猪废水处理工艺在去除ARGs存在的不足,提出了优化处理工艺措施并强化各工艺间ARGs监测的可行性建议。     

重金属协同选择环境细菌抗生素抗性及其机制研究进展

抗生素的长期滥用,引起环境细菌耐药性不断增强,加速了抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在环境中的传播扩散。在重金属污染的环境中,细菌不仅具备重金属抗性,并且具备多种抗生素抗性,抗生素抗性基因的污染水平也随之升高。在介绍重金属与抗生素抗性最新研究进展的基础上,阐述了环境细菌的抗生素抗性、重金属抗性及其相关抗性机制,并着重论述重金属和抗生素协同选择环境细菌耐药性及其机制。     

畜禽粪污清洁堆肥——机遇与挑战

好氧堆肥技术是处理畜禽粪污的有效手段,然而传统的好氧堆肥技术存在着氨气和温室气体排放量大、重金属活性高、病原微生物和抗性基因残留高、腐殖化程度低等瓶颈问题,因此开展畜禽粪污的清洁堆肥就显得非常必要。清洁堆肥是指从堆肥原材料选取、堆肥过程到堆肥产品使用整个过程中,选取无害化原料、过程中严格控制污染物的排放,并使其最终产品无害化的过程。本文围绕当今我国畜禽养殖业发展特征和畜禽粪污污染现状,深度剖析了传统堆肥的优势及其所面临的挑战,展望了畜禽粪污清洁堆肥的机遇与发展趋势,以期为畜禽粪污资源的可持续利用提供理论支持。     

Transmission of antibiotic resistance genes in agroecosystems: an overview

The use of antibiotics in human medicine and animal husbandry has resulted in the continuous release of antibiotics into the environment, which imposes high selection pressure on bacteria to develop antibiotic resistance. The spread and aggregation of antibiotic resistance genes (ARGs) in multidrug-resistant pathogens is one of the most intractable clinical challenges. Numerous studies have been conducted to profile the patterns of ARGs in agricultural ecosystems, as this is closely related to human health and wellbeing. This paper provides an overview of the transmission of ARGs in agricultural ecosystems resulting from the application of animal manures and other organic amendments. The future need to control and mitigate the spread of antibiotic resistance in agricultural ecosystems is also discussed, particularly from a holistic perspective, and requires multiple sector efforts to translate fundamental knowledge into effective strategies.     

鸡粪-堆肥中重金属残留、抗生素耐药基因及细菌群落变化研究

研究鸡粪及其堆肥过程中养分变化、重金属残留、抗生素耐药基因消减情况以及细菌群落演替规律,探讨细菌菌群与养分、重金属、抗生素耐药基因之间的相关性。采集鸡粪及其堆肥过程样品,测定样品中养分、重金属含量,检测抗生素耐药基因相对丰度,采用16S rRNA高通量测序技术研究鸡粪堆肥过程细菌群落变化。从鲜鸡粪(组FM)到二次发酵(组SC),样品中有机质含量下降,全氮和全磷含量有不同程度增加,全钾及pH值显著升高(P0.05)。重金属在不同组中的浓度呈波动变化,与组FM相比,在组SC中砷(As)、镉(Cd)浓度升高,铜(Cu)、锰(Mn)、铅(Pb)浓度下降,其中锌(Zn)下降显著(P0.05)。堆肥后,抗生素耐药基因aac(6′)-Ib-cr、tet M(P0.05)、erm B(P0.05)和bla CTX-M(P0.05)的相对丰度呈现不同程度的下降,而基因sul1相对丰度增加。高通量测序结果表明,在门水平,各组均以Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes 3个菌门为主。在属水平,各组具有不同的优势物种,同时潜在病原菌属的相对丰度均随堆肥过程降低。通过相关性分析发现,大部分优势菌属与全磷、pH值、重金属Cr及耐药基因sul1、tet M、erm B和bla CTX-M有显著相关性(P0.05)。鸡粪经堆肥后可降低病原菌及抗生素耐药基因相对丰度,但仍存在一定风险,该研究可为实际生产中鸡粪的高效、安全堆肥处理提供参考。     

有毒有机物影响DNA酶解和抗生素抗性基因横向迁移

进入环境中的有毒有机物种类较多、分布广泛。大量生命遗传物质DNA与有毒有机物共存于污染环境中,由于抗生素滥用,一些DNA上携带着抗生素抗性基因(ARGs);有毒有机物和ARGs复合污染严重危害着生态安全和人群健康。有毒有机物如何影响DNA酶解和ARGs迁移,这已成为环境领域研究的热点之一,近些年来,该领域研究取得一些重要进展。有毒有机物可通过共价作用、非共价作用、剪切作用与DNA结合,进而改变DNA分子结构、影响DNA酶解;有毒有机物也可通过改变DNA降解酶活性或占据DNA上降解酶的酶切位点,进而影响DNA酶解过程。环境中ARGs横向迁移主要有接合、转导、转化三种方式,有毒有机物影响ARGs横向迁移的机制主要包括:有毒有机物调控可动遗传因子、引起细胞SOS反应、胁迫细胞形成自然感受态、影响生物膜形成、改变细胞膜通透性、与胞外质粒形成加合物。进入细胞后的有毒有机物如何作用于ARGs的复制和表达,这应是未来深化有毒有机物影响ARGs横向迁移机制的一个关键所在。