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绿茶加工厂残渣与养殖场废弃物共堆肥过程中抗生素抗性基因的变化

绿茶加工厂残渣与养殖场废弃物共堆肥过程中抗生素抗性基因的变化

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作者：彭慧玲西北农林科技大学

学位级别：硕士

我国茶加工产业飞速发展从而产生大量茶渣废弃物,其保留了丰富的营养物质和生物活性成分,同时也是一种具有多孔结构的吸附性物质。目前茶叶残渣资源化利用率很低,造成了巨大的资源浪费和环境污染。抗生素和重金属被广泛用做饲料添加剂... 详细信息

我国茶加工产业飞速发展从而产生大量茶渣废弃物,其保留了丰富的营养物质和生物活性成分,同时也是一种具有多孔结构的吸附性物质。目前茶叶残渣资源化利用率很低,造成了巨大的资源浪费和环境污染。抗生素和重金属被广泛用做饲料添加剂以适应畜禽养殖业集约化、规模化的快速发展,但大部分抗生素和重金属并不能完全被动物吸收而以原体或代谢物形式随畜禽粪便排出,由于选择性压力可能产生抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和重金属抗性基因(metal resistance genes,MRGs)。同时粪便中的重金属污染也会对ARGs产生选择压力,从而促进ARGs的进一步传播。抗性基因通过移动基因元件(mobile genetic elements,MGEs)以水平基因转移(Horizontal gene transfer,HGT)的方式在环境中传播甚至富集,从而使抗生素的药效减弱,严重威胁人类生命健康。好氧堆肥是固体废弃物无害化以及资源化利用的主要途径之一,同时也是一种常用的削减固体废弃物中ARGs的技术。针对茶叶残渣的不合理利用及畜禽粪便中抗性基因残留问题,本文利用绿茶加工厂残渣与养殖场废弃物进行共堆肥,研究了堆肥过程中堆料的理化性质、有效态重金属含量、ARGs、MRGs和MGEs丰度以及微生物群落的变化,分析了ARGs、MGEs、MRGs、微生物群落及环境因子之间的相关性,为绿茶加工厂残渣和猪粪共堆肥过程中ARGs的变化提供理论依据和有效参考。取得的主要研究结果和结论如下:(1)2个处理堆体温度在大于55℃以上分别保持了3d和4d,均达到了无害化堆肥和标准卫生要求,绿茶加工厂残渣的添加延长了堆肥高温期,加速堆肥腐熟进程,减少了氮素损失并显著降低了堆肥产品中bio-Cu和bio-Zn的含量。(2)绿茶加工厂残渣的添加显著降低了堆肥后ARGs(80.5%)、MGEs(89.65%)和MRGs(95.95%)的丰度,特别是明显降低了tet类和sul类抗生素抗性基因及移动基因元件int I1的丰度。绿茶加工厂残渣可通过降低MGEs丰度抑制HGT从而减少抗性基因的传播,提高堆肥产品农业利用的安全性。(3)Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes是堆肥过程中的主要细菌门类。绿茶加工厂残渣的添加降低了堆肥过程中Turicibacter、Pseudomonas等潜在人类致病菌的丰度。RDA分析表明,绿茶加工厂残渣可以通过降低重金属的生物可利用性来降低MRGs和ARGs的丰度。Network分析表明抗性基因的潜在宿主菌主要为Firmicutes和Actinobacteria,并且ARGs、MGEs和MRGs具有相同的潜在宿主细菌,绿茶加工厂残渣可以通过降低潜在宿主菌的丰度进而降低ARGs的丰度。综上所述,绿茶加工厂残渣和猪粪共堆肥可以延长堆肥高温期,促进堆肥腐熟,降低堆肥产物中有效态重金属的含量,并且绿茶加工厂残渣的添加有效提高了堆肥体系中ARGs、MGEs和MRGs的削减效果,也有效降低了堆肥产品中人类致病菌的丰度,增加了堆肥产品的安全性。本研究结论为绿茶加工厂残渣在堆肥中的应用提供了理论依据。

关键词：绿茶加工厂残渣抗生素抗性基因重金属抗性基因移动基因元件微生物群落

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