纳米四氧化三铁强化牛粪高浓度厌氧发酵及抗性基因削减

作     者：习彦花 王馨芝 李旭 魏帅强 孙立博 吕亚天 程辉彩 

作者机构：河北省科学院生物研究所 河北工程大学园林与生态工程学院 河北地质大学水资源与环境学院 

出 版 物：《中国环境科学》 (China Environmental Science)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 081703[工学-生物化工] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0836[工学-生物工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

基　　金：河北省重点研发项目(22373803D) 河北省科学院科技计划项目(22302,23302,24302) 

主　　题：纳米四氧化三铁 牛粪 高浓度 厌氧发酵 抗生素抗性基因 

摘      要：为提高牛粪高浓度厌氧发酵产气性能，考察了不同浓度纳米四氧化三铁(Fe3O4NPs)对底物水解及产气效率的强化效果，并进一步探究其对发酵系统中微生物群落结构变化以及抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes， ARGs）归趋的影响。结果表明，添加500 mg/L的Fe3O4NPs可以提高牛粪高浓度厌氧发酵底物水解程度，增强系统稳定性，提高沼气产量12.36%；与对照相比，发酵系统中水解产酸菌厚壁菌门（Firmicutes）、纤维杆菌门（Fibrobacteres）的丰度分别显著增加了37.39%和75.86%。属水平上尤其是梭菌属（Clostridium）和瘤胃球菌（Ruminofilibacter）丰度是原来的3.50倍和8.69倍；产甲烷菌中甲烷八叠球菌（Methanosarcina）占主导地位，其丰度达2.55%，比对照显著增加27.50%；此外，潜在致病菌密螺旋体属（Treponema）和不动杆菌属（Acinetobacter）的丰度分别显著降低72.14%和93.69%；ARGs中四环素类（tetA、tetG、tetH、tetJ）、氨基糖苷类(aph（3）、aph（6）)削减率达100%；磺胺酰胺类（sul1、sul2）平均削减率达74.41%-96.55%。结论：添加适量的Fe3O4NPs对稳定发酵系统、提高微生物活性、增加沼气产量、抗性基因削减等方面有多重促进作用，研究结果可为畜禽粪污沼气工程中Fe3O4NPs等导电性外源调控添加剂的使用提供相关理论指导和实践基础。