关键词:
抗生素抗性基因
改性生物炭
堆肥
细菌群落
可移动遗传元件
摘要:
抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的广泛传播对公众健康和生态环境构成了严重威胁。为探索堆肥过程中ARGs的有效去除方法,该研究使用玉米秸秆生物炭(corn straw biochar, CSB)和纳米零价铁改性玉米秸秆生物炭(corn straw biochar-nZVI, CSBN)作为添加剂,进行了35 d的鸡粪堆肥试验。结果表明,添加CSB和CSBN提高了堆肥的温度、pH值、硝态氮含量和种子发芽指数,降低了铵态氮含量和碳氮比。堆肥结束后,CSB处理中氨基糖苷类、磺胺类、多重耐药性、四环素类、β-内酰胺酶、氯霉素抗性基因丰度分别比CK处理低35.13%、37.98%、52.45%、34.53%、86.23%和83.56%;CSBN处理中这些ARGs丰度分别比CK处理低52.77%、57.44%、57.94%、65.23%、85.36%和61.26%。CSB处理中大环内酯-林可酰胺-链霉菌素B抗性基因丰度比CK处理高92.93%,而CSBN处理中该抗性基因丰度比CK处理低43.65%。此外,CSB和CSBN处理中ARGs和可移动遗传元件(mobile genetic elements, MGEs)的总丰度较CK处理分别降低了40.42%和57.56%,表明CSBN对ARGs和MGEs的消减效果优于CSB。ARGs主要的潜在宿主菌是芽孢杆菌属、芽孢八叠球菌属、海洋球菌属、极小单胞菌属、棒状杆菌属等。添加CSB和CSBN降低了宿主菌的丰度,尤其是CSBN。结构方程模型显示,MGEs在ARGs的去除过程中发挥了主导作用。以上结果表明,添加CSBN可以显著降低ARGs宿主菌的丰度和抑制由MGEs介导的水平基因转移,从而有效消减鸡粪堆肥中的ARGs。该结果可为开发安全高效的堆肥技术以控制畜禽粪便中抗生素抗性基因的环境传播提供重要理论依据和实践参考。