堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展

堆肥是常用的有机固废处理技术,能够快速实现有机固废资源化利用,但传统工业化堆肥对于抗生素及其耐药基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）消减重视不足。事实上,近年来畜禽粪污等堆肥原料中抗生素及ARGs残留问题日益凸显,抗生素及ARGs消减已经成为堆肥过程中不容忽视的部分和亟待解决的问题。本文综述了近年来抗生素及ARGs在堆肥过程中消减的研究现状和一般特点,以及影响消减效果的理化和生物学因素、相关优化技术措施的效果和瓶颈等,以期为最大限度降低ARGs传播风险提供参考。     

高温堆肥对鸡粪中氟喹诺酮类抗生素的去除

由于抗生素不能被完全吸收而大部分随禽畜粪便进入环境将严重威胁生态环境及人类健康,探讨了高温堆肥去除鸡粪中氟喹诺酮类(Fluoroquinolones,FQs)抗生素(诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、恩诺沙星、沙拉沙星)的可行性以及接种外源耐高温菌对去除FQs的影响。结果表明:高温堆肥可去除鸡粪中48.4%~77.1%的FQs,且FQs的降解在堆肥初期(0~14 d)较快;堆肥中FQs的降解可用一级动力学方程进行拟合,降解速率与鸡粪中FQs的初始浓度正相关;接种外源耐高温菌种后FQs的去除率为60.3%~76.4%,比未接种时提高了3.3%~7.2%,且诺氟沙星和洛美沙星的去除率显著提高。鉴于高温堆肥未能实现畜禽粪便中残留FQs的高效去除(90%以上),因此还有待于堆肥过程和外源添加菌种的进一步优化研究。     

两种外源微生物对鸡粪高温堆肥的影响

利用鸡粪和锯末在自动化高温堆肥装置中进行堆肥试验,并引入两种外源微生物:FM菌和EM菌,探讨了二者对堆肥过程氮素保存和堆制效果的影响。结果表明,两种外源菌对水溶性氨态氮的转化和水溶性有机氮的形成都有明显的促进作用,对氮素保存有较好的效果。其中,FM菌对促进有机碳的分解、有机氮的形成和缩短堆肥时间更为有利。     

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。     

中药复方制剂对大肠埃希菌多重耐药基因AcrA的影响

试验分别用精提和粗提的中药复方制剂"连黄"作用多重耐药的大肠埃希菌,提取其基因组DNA,并以大肠埃希菌AcrA的编码序列设计引物,成功扩增出AcrA基因中1 005bp大小的片段,与中药作用前的多重耐药基因AcrA的碱基序列进行对比分析.从分子生物学水平上探讨中药复方制剂时大肠埃希菌多重耐药基因AcrA的影响.结果表明.精提和粗提的中药复方制剂均能改变AcrA基因的编码序列,但精提制剂较粗提制剂对AcrA基因的影响更大.     

堆肥过程逸散抗生素耐药菌气溶胶的浓度及粒径分布特征

利用FA-I撞击式采样器采集5家堆肥厂内外生物气溶胶样本,对具有抗生素耐药性的细菌气溶胶浓度和粒径分布进行检测,并对其随传播距离的变化规律加以分析。结果表明:堆肥生产区细菌气溶胶浓度高达2.65×10~4CFU·m~(-3)。具有四环素和红霉素耐药性的气溶胶分别达到9.54×10~3CFU·m~(-3)和7.39×10~3CFU·m~(-3),占总细菌的36.44%和40.20%。以上3种生物气溶胶在细颗粒物中的相对丰度为13.04%～37.23%,且该丰度随逸散距离的增加而呈现下降趋势。红霉素和四环素耐药菌动力学粒径研究结果显示,两种耐药菌可能主要沉降在人体的咽喉部。     

添加高温菌CHB1对污泥堆肥性质和酶活性的影响

该文以污泥和木屑为原料进行堆肥试验,研究添加高温菌CHB1对堆肥过程中温度、碳氮比、pH、蛋白酶、脱氢酶和纤维素酶的影响。结果表明,接种高温菌能提高堆体温度,高温维持时间长,达到堆肥无害化的要求。堆肥结束时,接菌处理碳氮比显著低于对照组。堆肥后接菌组和对照的pH值由弱酸性转变为弱碱性。除纤维素酶外,CHB1处理的蛋白酶和脱氢酶活性在整个堆肥过程中都显著高于对照组。     

堆肥中高温降解菌的筛选、鉴定及堆肥效果

为分离得到高温高效降解菌,促进堆肥腐熟、提高堆肥品质,采用稀释平板法和水解试验初筛以及酶活性复筛的方法,从好氧堆肥样品中分离得到一株可同时高效降解纤维素、蛋白质和淀粉的高温细菌HN-5,其纤维素酶活性、蛋白酶活性和α-淀粉酶活性分别为7.308、13.296和76.136U/mL。通过对菌株的形态特征观察、部分生理生化实验和16SrDNA基因鉴定,初步确定其为Geobacillus属的菌株。菌株最适生长温度为60℃;最适生长pH为6.0;在NaCl质量浓度为10mg/mL、装液量为10%(体积分数)时,菌株生长量最大。将HN-5接种至鸡粪+锯末堆肥中进行堆肥效果验证,结果表明接种HN-5可以有效地促进堆肥升温,延长高温期持续时间。     

芦笋老茎堆肥中高温纤维素分解菌的分离、筛选及鉴定

采用纤维素刚果红培养基在45℃下从芦笋老茎堆肥中分离筛选出52株高温纤维素分解菌。通过水解圈直径与菌落直径比值的比较,进一步获得了6株纤维素分解能力较强的菌株。经菌落形态观察、革兰氏染色、芽孢染色和生理生化试验,6株高温纤维素分解菌初步鉴定为需氧芽孢杆菌(Bacillus spp.)。     

蚯蚓堆肥对畜禽粪污耐药基因的影响研究进展

抗生素耐药基因作为一种新型环境污染物,严重威胁着人体健康与动物安全,与其直接相关的细菌耐药性问题也已成为目前世界环境与医学领域关注的焦点。畜禽养殖业是我国经济发展和农业现代化的中轴产业,同时也是耐药基因污染的重要源头,蚯蚓堆肥对合理利用畜禽粪便、促进我国农业绿色发展具有重要意义,而摸清蚯蚓堆肥畜禽粪便及后续产物利用过程中耐药基因的行为规律和环境归趋则是其合理利用的关键。本文在简要论述蚯蚓堆肥畜禽粪便现状的基础上,聚焦蚯蚓堆肥及产物利用过程中耐药基因污染问题,梳理总结了转化及产物利用过程中耐药基因的污染赋存特征、环境行为规律及迁移主控因子,并提出基于“畜禽粪便-蚯蚓堆肥-蚓粪还田”资源化利用全过程的耐药基因污染防控建议及展望,以期为我国畜禽粪便资源化、无害化利用及农业绿色发展提供参考。     

促生长抗生素禁用后养猪场多重耐药菌群及耐药特征变化

由于频繁使用抗生素,养殖动物粪便中多重耐药菌会给周边环境带来生态风险。为了解促生长类抗生素（Antibioticgrowth promoters,AGPs）禁用后养猪场来源多重耐药菌群的变化特征,本研究采集AGPs禁用前后猪场粪便样品,开展了多重耐药菌计数、分离培养及鉴定,并利用16S rRNA基因扩增子测序对可培养多重耐药菌群进行比对分析,同时利用药敏试验分析了AGPs禁用前后多重耐药菌株的耐药变化特征。结果表明：禁用AGPs后猪场粪便中多重耐药率显著下降。AGPs（主要为土霉素）残留浓度能够显著影响禁用前后的多重耐药菌群分布,同时AGPs禁用也能够显著减少猪粪中的多重耐药菌种类。猪粪中多重耐药菌主要分布在变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和拟杆菌门,Escherichia在所有样本中均是优势多重耐药菌属,Kurthia、Providencia、Leucobacter、Corynebacterium、Ignatzschineria、Lysinibacillus、Staphylococcus等多重耐药菌属相对丰度在禁用AGPs后有所减少。禁用AGPs能够降低猪粪中多重耐药菌的饲用抗生素的耐药率,如四环素类、氯霉素类、大环内酯类等,但也会升高治疗用抗生素如氨基糖苷类、头孢类、利福平类抗生素的耐药率。     

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。     

高温预处理联合生物炭对猪粪堆肥中抗生素消减和重金属钝化的促进作用

堆肥过程中抗生素和重金属等有毒有害物质的阻控是有机肥品质提升和安全利用的重要前提。本研究采用高温预处理联合生物炭堆肥技术,系统分析了猪粪堆肥腐熟效果、抗生素消减规律和重金属钝化作用。结果发现,高温预处理联合生物炭堆肥明显加速了猪粪腐熟进程,腐熟时间最多可缩短13.6 d;腐殖化程度显著提升,腐植酸含量提高13.5%,胡富比提高了0.96倍;高温预处理联合生物炭堆肥可实现抗生素的高效降解,在堆肥14 d后四环素类抗生素去除率达100.0%,28 d后喹诺酮类抗生素去除率达100.0%,磺胺类抗生素去除率达99.0%,比其他处理缩短了14～28 d;高温预处理联合生物炭堆肥可有效钝化猪粪中的重金属,Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、As和Ni的钝化率最高分别为53.8%、51.6%、48.3%、35.8%、55.0%、53.8%和58.9%,比其他处理提高0.9～19.4个百分点。研究表明,高温预处理（90℃,4 h）联合生物炭（10%）堆肥可明显加快猪粪的腐熟,有效降低其中典型抗生素含量,并提高重金属的钝化率。     

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。     

生猪废水处理和磷回收工艺中抗生素和耐药细菌的削减特征

调查生猪废水处理和磷回收工艺中,厌氧消化、氧化池、磷回收流化床和潜流人工湿地对水质参数、抗生素、耐药细菌和病原菌丰度削减的贡献。结果表明,在水质指标方面,厌氧消化对COD的去除率最大,为40.28%;人工湿地对TP和NH_4~+-N的去除率最大,分别达到53.33%和67.74%;流化床对TP的去除率为49.94%。在抗生素吸附和降解方面,厌氧消化、流化床和人工湿地对土霉素(OTC)和环丙沙星(CIP)具有较大幅度的去除,去除率范围分别为32.27%～63.77%和40.44%～44.11%;厌氧消化、氧化池和人工湿地对磺胺二甲嘧啶(SM2)具有中等幅度的去除,去除率范围为18.10%～28.52%。在耐药细菌方面,厌氧消化作为一级处理工艺对各类型耐药细菌均具有最大去除率(50%);同样作为三级处理工艺,人工湿地能进一步削减耐药细菌的数量,而流化床出水中以奇异变形杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和宋内氏志贺氏菌为主的耐药细菌数量出现反弹。微生物群落分析发现,人工湿地在降低病原细菌丰度方面优势显著。研究表明,设置潜流人工湿地承接流化床出水可进一步深化处理生猪废水。     

氨氮对牛粪厌氧消化中四环素类抗性基因丰度及其驱动因子的影响

为探究氨氮浓度对高温厌氧消化中四环素类抗生素抗性基因（Tetracycline resistance genes,TRGs）绝对丰度变化及其微生态机制,设置氨氮浓度为600、1 100 mg·L^-1和1 600 mg·L^-1的牛粪高温厌氧消化体系,分析了TRGs、可移动遗传元件和细菌群落结构的变化特征及三者之间的关系。结果表明：氨氮浓度为600 mg·L^-1和1 100 mg·L^-1时,高温厌氧消化的产气速率和总产气量相似;氨氮浓度为1 600 mg·L^-1时,二者均受到抑制。tetC、tetO、tetQ、tetT和tetX的丰度在不同氨氮浓度条件下均减少,但tetA和tetG的丰度在氨氮浓度为1 600 mg·L^-1条件下增加了1.05倍和1.85倍。不同处理中细菌群落差异明显,TRGs潜在宿主菌的种类和数目均改变。相关性分析表明TRGs潜在宿主菌的差异可一定程度解释TRGs的丰度变化,但tetA和tetG丰度在氨氮浓度为1 600mg·L^-1条件下的增加主要与intI1和intI2的增长有关。综上所述,牛粪中较高的氨氮浓度会增加高温厌氧消化过程中TRGs通过水平基因转移途径增殖的可能性,从而增加TRGs传播的风险。     

不同施肥模式对洱海流域稻田土壤中耐药基因污染的影响

为探究不同施肥模式对洱海流域稻田土壤抗生素耐药基因（ARGs）和可移动遗传元件（MGEs）的影响,通过长期田间定位试验,采用高通量荧光定量PCR技术及实时荧光定量PCR技术相结合的方法,对不同施肥模式下稻田土壤中的144种ARGs和10种MGEs进行检测,全面解析了稻田ARGs的污染状况及空间分布规律。结果表明：不同施肥处理土壤中ARGs分布特征不同,其赋存绝对丰度水平整体呈现施用粪肥 > 施用缓控释肥 > 施用化肥 > 不施肥;施加粪肥土壤中的ARGs的赋存多样性和MGEs的种类显著高于其他处理土壤,不施肥模式则显著低于其他处理模式（P<0.05）。不同ARGs的相对丰度在稻田土壤柱中出现垂直迁移富集趋势,但其在不同土层中的富集程度存在差异。不同施肥模式稻田土壤各土层中的优势ARGs为多重耐药类（占比均值为60.3%）、氨基糖苷类（占比均值为10.5%）和四环素类（占比均值为7.5%）,其水平多与MGEs丰度显著相关（P<0.05）,表明MGEs促进了稻田土壤中ARGs的传播,加剧了土壤中ARGs的积累富集。研究表明,不同施肥模式对稻田土壤中ARGs和MGEs的分布规律有显著影响,不同深度土层中ARGs的富集程度各异。     

小番茄内生菌耐药基因检测及种植模型中GFP标记菌转移研究

【目的】调查广州市售小番茄内生菌中常用抗菌药物耐药基因流行情况及基于绿色荧光蛋白(GFP)标记的大肠埃希菌人工栽种模型探讨耐药基因转移进入小番茄果实内的可能性。【方法】采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)法分离鉴定市售小番茄内生菌,PCR定性检测内生菌中氯霉素类(cmlA)、四环素类(tetA和tetM)、磺胺类(sul1、sul2和sul3)和喹诺酮类(oqxA、oqxB、qnrB、qnrS和qepA)等药物耐药基因的流行情况;采用GFP标记–大肠埃希菌人工种植模型检测小番茄果实、叶片和根系中目标GFP菌,探讨内生菌及GFP标记进入小番茄内部的可能性。【结果】市售小番茄分离的52株内生菌菌株中,肠杆菌属Enterobacter和克雷伯菌属Klebsiella占有较高比例,几乎所有菌株均携带oqx B基因(总阳性率达92.31%),在人工种植模型第27天采集的果实中分离出含有GFP标记的内生菌。【结论】小番茄内生菌中oqx B基因最为流行,耐药基因可通过根系浇灌的方式转移到小番茄果实内。