我國(guó)人用和獸用抗生素使用量大，獸用抗生素年使用量高達(dá)8.4萬(wàn)噸，是美國(guó)的6倍、英國(guó)的150倍，其使用后70%-80%隨排泄物釋放到環(huán)境中，嚴(yán)重危害了水生態(tài)健康。好氧堆肥是一種微生物群落驅(qū)動(dòng)的固體發(fā)酵過(guò)程，涉及到多種功能微生物協(xié)同互作，并最終將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、無(wú)植物毒性的腐殖質(zhì)前體物質(zhì)。同時(shí)，好氧堆肥過(guò)程也被證明能有效的去除畜禽糞便中包含的抗生素基因（ARGs），而不同的好氧堆肥處理?xiàng)l件（底物類型、底物碳氮比和投入品添加）對(duì)ARGs的去除具有不同的影響。

為了評(píng)估不同處理對(duì)工業(yè)級(jí)好氧堆肥的微生物群落演替和ARGs動(dòng)態(tài)的影響，揭示工業(yè)級(jí)好氧堆肥過(guò)程中ARGs的去除機(jī)制，山東大學(xué)郭衛(wèi)華教授團(tuán)隊(duì)以常見(jiàn)的畜禽糞便作為好氧堆肥的底物，通過(guò)高通量擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)和定量PCR技術(shù)對(duì)微生物（細(xì)菌、真菌）群落和ARGs進(jìn)行了時(shí)間動(dòng)態(tài)檢測(cè)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分析、路徑分析和方差分解分析評(píng)估了驅(qū)動(dòng)ARGs動(dòng)態(tài)變化的主要因素，系列研究成果發(fā)表在Bioresource Technology、Science of the Total Environment和Environmental Pollution上。

揭示好氧堆肥嗜熱微生物的互作模式，堆肥底物更高的微生物易利用養(yǎng)分維持好氧堆肥體系的穩(wěn)定

在好氧堆肥過(guò)程中，嗜熱微生物在大分子物質(zhì)降解方面發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。為了探究不同堆肥底物對(duì)好氧堆肥過(guò)程中微生物（細(xì)菌和真菌）群落演替過(guò)程和微生物互作網(wǎng)絡(luò)的影響，本研究對(duì)牛糞、蘑菇渣、雞糞和豬糞堆肥過(guò)程中細(xì)菌和真菌群落的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行測(cè)定，并構(gòu)建了微生物的互作網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)微生物主要通過(guò)正向的互作參與微生物互作網(wǎng)絡(luò)的形成；稀有種在維持微生物互作網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定方面發(fā)揮關(guān)鍵作用；牛糞（RC）和蘑菇渣（RM）處理組的微生物互作網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度要小于雞糞（RF）和豬糞（RP）堆肥處理組；對(duì)各個(gè)處理組的纖維素酶和半纖維素的酶活和酶譜的分析表明，相比于RF和RP，RC和RM中纖維素酶和半纖維素酶的表達(dá)更為高效，說(shuō)明RP和RF中更多的微生物易利用養(yǎng)分抑制了纖維素酶和半纖維素酶的表達(dá)。結(jié)合上述結(jié)論，我們提出提出堆肥底物更高的微生物易利用養(yǎng)分維持好氧堆肥體系的穩(wěn)定。

評(píng)估了堆肥底物碳氮比對(duì)ARGs去除的影響，明確影響細(xì)菌群落是驅(qū)動(dòng)ARGs變化的關(guān)鍵因素

山東大學(xué)郭衛(wèi)華教授課題組在Science of The Total Environment期刊上發(fā)表了堆肥過(guò)程中底物 C/N 比誘導(dǎo)抗生素抗性基因的變異及去除機(jī)制的研究論文。

抗生素的濫用及排放會(huì)造成細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性以及抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）的傳播和擴(kuò)散。堆肥對(duì)大部分抗生素具有好的降解效果，作為一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和畜牧養(yǎng)殖領(lǐng)域有機(jī)廢物的處理。微生物作為堆肥過(guò)程的主要參與者，其群落的演替與堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)、抗生素、重金屬和耐藥基因（ARGs）等物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化密切相關(guān)。通過(guò)微生物多樣性測(cè)序和定量PCR技術(shù)可以分別對(duì)堆肥過(guò)程中微生物和抗生素抗性基因的動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助研究者從微觀角度更深入地理解堆肥過(guò)程中的分子機(jī)制發(fā)生過(guò)程。

為全面了解在堆肥過(guò)程中抗生素去除的潛在機(jī)制，分析了不同C/N 比堆肥中，理化性質(zhì)、細(xì)菌群落組成、真菌群落組成、抗性基因 (ARGs) 和可移動(dòng)遺傳元件（Mobile genetic elements，MGEs）的動(dòng)態(tài)變化。細(xì)菌群落主要由Firmicutes和Actinobacteria組成，而真菌群落主要由Ascomycota組成。在堆肥過(guò)程中，細(xì)菌和真菌之間主要是負(fù)相關(guān)。堆肥后，LL(C/N≈26)中ARGs的去除效率高于HL(C/N≈35) ，而 MGEs 在 HL中完全降解。ARGs 相對(duì)豐度的大幅減少可能是由于潛在宿主細(xì)菌屬 bacterial genera Advenella, Tepidimicrobium, Proteiniphilum, Acinetobacter, Pseudomonas, Flavobacteria and Arcbacter受到抑制。研究結(jié)果揭示了細(xì)菌群落組成在的演替發(fā)揮了重要作用。

細(xì)菌群落是決定ARGs分布的關(guān)鍵因素，而真菌群落通過(guò)影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成來(lái)影響ARGs。這項(xiàng)研究揭示了真菌群落對(duì) ARGs 的影響，并揭示了不同堆肥處理對(duì) ARGs去除的潛在機(jī)制。

評(píng)估了生物炭添加對(duì)工業(yè)級(jí)好氧堆肥的影響，揭示了ARGs相對(duì)豐度在堆肥腐熟期回彈的原因

牲畜糞便中大量抗生素抗性基因(ARGs)的存在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了迫在眉睫的嚴(yán)峻安全風(fēng)險(xiǎn)。為了進(jìn)一步探究生物炭添加對(duì)工業(yè)級(jí)好氧堆肥的優(yōu)化效果及全好氧堆肥階段的ARGs動(dòng)態(tài)變化機(jī)制，研究者構(gòu)建了四個(gè)好氧堆肥處理（RF, 蘆葦+雞糞; RFC,蘆葦+雞糞+10%生物炭; RP, 蘆葦+豬糞; RPC, 蘆葦+豬糞+10%生物炭），評(píng)估了堆肥初始階段（0d）、升溫階段（2-4d）、高溫階段（25-50d）和腐熟階段（71d）的細(xì)菌群落和ARGs的動(dòng)態(tài)變化。

結(jié)果表明，生物炭添加對(duì)好氧堆肥理化性質(zhì)、細(xì)菌群落多樣性、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)以及ARGs構(gòu)成沒(méi)有顯著影響。影響ARGs動(dòng)態(tài)變化的關(guān)鍵因素是細(xì)菌群落組成，ARGs的潛在宿主是和。嗜熱細(xì)菌的保留和初始細(xì)菌的繁殖是成熟階段ARGs增加的主要原因。

在好氧堆肥過(guò)程中，ARGs和可移動(dòng)基因元件(Mobile Genetic Element，MGEs)的相對(duì)豐度總體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。通過(guò)普魯克分析和線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，ARGs受到細(xì)菌群落和可移動(dòng)遺傳元件的顯著影響，結(jié)合方差分解分析的量化發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落是決定ARGs構(gòu)成的決定性因素?；谶@個(gè)結(jié)論，借助SourceTracker微生物溯源分析程序?qū)Ω邷啬┢诤透炱诘募?xì)菌群落進(jìn)行溯源，結(jié)果發(fā)現(xiàn)嗜熱微生物的保留和初始微生物的再次生長(zhǎng)構(gòu)成了高溫末期和腐熟期細(xì)菌群落的主要部分，而未知來(lái)源的細(xì)菌可能來(lái)自于空氣介質(zhì)的傳播?？傮w而言，本研究強(qiáng)調(diào)了生物炭添加對(duì)工業(yè)級(jí)好氧堆肥的優(yōu)化需要進(jìn)一步探究以及需要借助有效的手段抑制ARGs在堆肥腐熟期的回彈。

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