热水解预处理对牛粪厌氧消化中抗生素抗性基因变化的影响

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抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)赋存于畜禽粪便中,并随着粪便排放进入环境,可对人类健康和生态环境造成潜在威胁。厌氧消化技术是粪便资源化利用的主要方式之一,也可同步削减粪便中的部分ARGs,但其削减效果有待提高。将热水解与厌氧消化技术联用可有效提高厌氧消化性能,但其对粪源ARGs去除及其微生态机制的影响尚未可知。因此,本研究以牛粪中四环素类ARGs为研究对象,分析不同热水解条件(T=150、170和190℃,t=30、60和120 min)处理后牛粪中ARGs赋存变化,探讨最佳热水解预处理条件;在最优预处理条件下,联用热水解和中温(T=35℃)厌氧消化技术,比较分析厌氧消化性能、ARGs赋存、微生物群落及环境因子动态变化,探究两技术联用的ARGs的去除效果并揭示其微生态机制。主要结论如下:(1)热水解处理实验表明延长水解时间并结合较高水解温度有助于提高ARGs的削减效果。所设实验条件中,水解温度T=170℃,水解时间t=120 min时可获得本研究中最佳ARGs和微生物生物量削减效果(削减率分别为99.52%和99.88%)。该条件下可使微生物细胞大量破碎,从而降低了微生物的存活率,进而有效地削减了粪源ARGs。(2)联用热水解和厌氧消化技术提高了中温厌氧消化性能和粪源ARGs削减效果。与对照组相比,处理组总产甲烷量提高了16.45%;16S rRNA基因的丰度下降了79.03%;ARGs总丰度下降了34.04%;tet C的丰度下降幅度最大,为97.80%;tet G、tet O、tet Q和tet W的丰度下降了23.33%~80.85%,而tet X和tet T的丰度却有所增加。(3)微生物生态机制分析表明微生物群落结构和理化因子变化均为粪源ARGs变化的驱动因子。微生物群落差异分析表明,热水解预处理可显著降低牛粪厌氧消化中微生物群落的alpha多样性(P<0.05)并提高群落中厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Bacteroidetes)的丰度(7.41%和16.89%);ARGs与微生物网络共现分析表明Syntrophomonas、Sedimentibacter和vadin CA02等差异菌属为ARGs的潜在宿主菌,其赋存变化对ARGs的削减效果其主要影响作用;RDA分析表明理化因子可较大程度影响ARGs潜在宿主菌存活,其中,溶解性多糖和溶解性蛋白质主要影响tet X和tet T的潜在宿主菌,而SCOD则与tet C、tet G、tet Q和tet W变潜在宿主菌变化有关。
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