玉米芯生物炭对污泥蚯蚓粪中微生物种群及ARGs的影响

较多的抗生素抗性基因（ARGs）积蓄于剩余污泥中降低了污泥蚯蚓粪的农用价值.为削减污泥蚯蚓粪中的ARGs,向污泥中分别添加1.25%和5%（质量比）的玉米芯生物炭（简称玉米芯炭）,以无添加为对照组,揭示玉米芯炭对污泥蚯蚓堆肥过程中微生物种群结构及ARGs的影响.结果表明：添加高含量玉米芯炭显著促进污泥有机质的矿化,提升蚯蚓堆肥产物的电导率和pH值（P<0.05）.同时,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度,且其丰度均与玉米芯炭添加量呈显著正相关性（P<0.05）.与对照组相比,高含量玉米芯炭污泥蚯蚓粪中变形菌门、拟杆菌门、放线菌门与浮霉菌门的相对丰度分别降低了11.8%、7.1%、33.3%和20%,但厚壁菌门的丰度显著增加了40%（P<0.05）.此外,添加玉米芯炭蚯蚓粪中大环内酯类抗性基因（ermF）和四环素类抗性基因（tetX）的绝对丰度较对照组分别显著降低了32%~45%和13%~31%（P<0.05）,但同时整合子基因（intI1）和磺胺类抗性基因（sul2）的丰度分别显著增加了47%~135%和9%~42%（P<0.05）.研究结果显示,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中微生物数量和种群多样性,加速有机质矿化,但对ARGs的削减具有选择性.     

基于活体微生物揭示蚯蚓对污泥耐药基因转归的影响

为削减污泥蚯蚓堆肥产物中耐药基因(ARGs),以无蚯蚓组为对照,采用叠氮溴化丙锭对蚯蚓堆肥样品进行预处理,探究蚯蚓对污泥中活微生物种群及其ARGs的影响.结果显示,与对照组相比,蚯蚓堆肥产物中有机物矿化度与降解量分别显著提升82.5%与5.2%(P<0.05).并且接种蚯蚓使其产物中放线菌门的丰度显著增加了65.6%(P<0.05),而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度分别显著降低了74.7%和34.6%(P<0.05).相较于对照组,蚯蚓堆肥致使sul1、sul2、ermF和tetM基因丰度分别显著减少了66.5%、82.8%、72.8%和77.6%(P<0.05),但ermB的丰度显著增加了5.7倍(P<0.05).蚯蚓堆肥产物中intI1基因丰度比对照组显著降低了67.2%(P<0.05),蚯蚓处理后ARGs总绝对丰度为4.19×10¹³copies/g,ARGs总去除率为82.6%,比对照组高45.4%.研究表明,蚯蚓可通过改变活细菌种群结构,减少ARGs潜在活体宿主的丰度,进而降低其传播扩散的潜在风险.     

蚯蚓摄食污泥对其肠道功能区微生物种群及耐药基因的影响

以赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)为实验蚓种, 研究蚯蚓消化污泥前后, 其肠道各功能区微生物种群结构及耐药基因(ARGs)丰度的变化情况.为表征活体功能性微生物, 所取新鲜样品均采用叠氮溴化丙锭(PMA)预处理后, 再进行DNA相关分析.结果表明: 蚯蚓消化污泥5d后, 细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度在其胃中分别显著增加了28.2倍和42.2倍(P<0.05), 而在砂囊和后肠中均显著性降低(P<0.05).此外, 蚯蚓消化污泥使其砂囊中的优势菌门由变形菌门变为软壁菌门, 胃中的优势菌门由拟杆菌门变为厚壁菌门, 而对后肠微生物种群结构的影响较小.对于ARGs而言, 大环内酯类耐药基因ermF、四环素类耐药基因tetX和磺胺类耐药基因sul2在蚯蚓胃中的丰度分别显著升高了1.9×10²倍、8.4×10⁵倍和25.9倍(P<0.05), 而在其砂囊和后肠中ARGs总丰度分别显著下降了11.0倍和45.2倍(P<0.05).基于网络分析结果显示, 蚯蚓摄食污泥可影响其肠道内ARGs宿主细菌的结构多样性.     

环丙沙星胁迫猪粪生物转化中抗性基因微生物响应分析

抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）是一种新兴污染物,持续累积会引发环境健康风险,也可通过水平转移诱导耐药细菌产生,从而危害人类健康与国家生物安全.当前关于ARGs的研究多集中于水、土壤、大气等环境介质,固体废弃物领域ARGs研究尚局限于其丰度变化与影响因素方面,对抗生素-ARGs剂量-效应关系、导致ARGs丰度变化的微生物响应机制仍有待深入研究.基于此,开展了不同浓度水平环丙沙星（Ciprofloxacin,CIP）胁迫下猪粪堆肥试验,环丙沙星添加量分别为25 mg/kg（A25）、50 mg/kg（A50）、100 mg/kg（A100）,同时设置空白对照0 mg/kg（CK）.采用分子生物学手段、网络分析、统计学分析等方法,解析了不同浓度环丙沙星胁迫猪粪好氧堆肥过程中喹诺酮类ARGs丰度变化的微生物响应关系,并重点探讨了潜在宿主菌中致病菌的分布及其与ARGs的相关性.结果表明:①经堆肥处理,CK、A25和A100堆体中喹诺酮类ARGs总丰度均受到不同程度削减,A50堆体中ARGs总丰度未被削减（升高2.73倍）.而高温期除CK外,3个处理组中ARGs丰度均显著降低（P < 0.05）,表明堆肥高温期或是削减ARGs的关键阶段.②狭义梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）、水微菌属（Aquamicrobium）、乳杆菌属（Lactobacillus）及交替赤杆菌属（Altererythrobacter）既是堆肥环境中优势菌属,也是喹诺酮类ARGs潜在宿主微生物,主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）.③丰度较高的致病菌Clostridium_sensu_stricto_1和链球菌（Streptococcus）是喹诺酮类ARGs的潜在宿主菌,且至堆肥腐熟期,仍有部分致病菌均未被完全去除,可见猪粪堆肥过程中存在ARGs向致病菌转移的环境健康风险.研究显示,加强高温期干预调控,是有效阻控ARGs环境污染行为的关键节点,研究可为固废资源化过程中ARGs环境健康风险防控提供参考.      

富炭硅肥对水稻土铁还原菌群落特征的影响

为了探究富炭硅肥施加处理对稻田土壤铁还原菌相对丰度、多样性及群落结构的影响,以福州平原稻田为研究对象,分别设置对照组及3种不同剂量（300,600和900kg/hm²）富炭硅肥施加处理组.研究结果表明：施加富炭硅肥有助于土壤铁还原菌的生长和繁殖,其中600kg/hm²施加处理对铁还原菌的生长影响最为显著（P<0.05）.由Shannon指数可知,3种施加处理均使晚稻拔节期土壤铁还原菌多样性有所下降,以300kg/hm²施加处理组多样性指数降低最为明显,较对照组降低了29.4%.在早、晚稻拔节期土壤中共鉴定出5个菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）的占比之和平均高达95%以上,是稻田土壤中的优势菌门.施加富炭硅肥后,早稻拔节期土壤中拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度显著提高（P<0.05）,而厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）的相对丰度则有所降低.此外,环境因子与稻田土壤铁还原菌的相对丰度具有相关性,Desulfovibrio的相对丰度与土壤pH值呈显著正相关（P<0.05）,Anaeromyxobacter的相对丰度与土壤温度（ST）呈显著正相关（P<0.05）.     

兽用抗生素磺胺二甲嘧啶对麦田NH3挥发的影响

为了研究磺胺类兽药抗生素对麦田NH₃挥发的影响,采用了田间原位观测试验,对比分析了不同浓度磺胺二甲嘧啶（SMZ）在不同氮肥类型条件下对麦田NH₃挥发的影响.试验共设9个处理,分别为：无氮肥无抗生素（CK）;复合肥为基肥,分别加施0,5,15,30mg/kg土的磺胺二甲嘧啶处理（CF、CF+SMZ5、CF+SMZ15、CF+SMZ30）;猪粪为基肥,分别加施0,5,15,30mg/kg土的磺胺二甲嘧啶处理（CM、CM+SMZ5、CM+SMZ15、CM+SMZ30）.所有施肥处理追肥均为尿素.结果表明：基肥阶段各处理之间的NH₃挥发速率无显著差异（P > 0.05）,追肥阶段各处理之间有极显著差异（P<0.01）,中高浓度SMZ表现为明显的促进作用（P<0.05）.整个观测期,CF、CF+SMZ5、CF+SMZ15、CF+SMZ30和CM、CM+SMZ5、CM+SMZ15、CM+SMZ30处理的NH₃-N损失百分比分别为5.5%、6.6%、13.9%、10.7%、11.0%、12.4%、11.9%、16.9%,其中CF+SMZ15、CF+SMZ30和CM+SMZ30处理显著增加了NH₃-N挥发累积量（P<0.05）,其导致的NH₃-N损失比分别是同种基肥零抗生素添加的2.5、2.0和1.5倍,表明磺胺二甲嘧啶与复合肥的混施对土壤NH₃挥发的促进效应要高于与猪粪的同步混施.兽药抗生素对土壤NH₃挥发的影响不容忽视.因此,需大力加强对兽药抗生素的管控,并进一步探明不同兽药抗生素对土壤NH₃挥发的影响机制,为减缓兽用抗生素的环境污染生态效应作支撑.     

宏基因组学解析蚯蚓粪中微生物种群及耐药基因的组成

为判定蚯蚓粪作为微生物肥料的潜力,本研究采用宏基因组学的方法,对污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪样品抽提的DNA进行测序,并将结果进行物种注释及功能注释,以揭示不同蚯蚓粪中功能性微生物的种群结构.结果表明：污泥、牛粪和蔬菜蚯蚓粪分别检测到117505、81182、81104条scaftigs.变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门与放线菌门为3种蚯蚓粪的优势菌门.氮磷代谢途径分析表明,蚯蚓粪中富含固氮菌（Rhizobium、Mesorhizobium、Bradyrhizobium、Azospirillum）、硝化菌（Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrospira）和溶磷菌（Flavobacterium、Pseudomonas、Arthrobacter、Streptomyces）等肥料功能菌.相比而言,蔬菜蚯蚓粪微生物肥料潜力较高.相对于蔬菜蚯蚓粪（371条Unigenes）,污泥（2461条Unigenes）和牛粪（965条Unigenes）蚯蚓粪中存在较多的病原菌.而且,污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪中耐药基因相对丰度高达0.93×10^-3、0.32×10^-3和0.32×10^-3,主要为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类及四环素类耐药基因等.研究结果显示,蚯蚓粪中有益的功能菌群和有害微生物同时存在,其生物污染物的环境风险值得关注.     

宏基因组学解析蚯蚓粪中微生物种群及耐药基因的组成

为判定蚯蚓粪作为微生物肥料的潜力,本研究采用宏基因组学的方法,对污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪样品抽提的DNA进行测序,并将结果进行物种注释及功能注释,以揭示不同蚯蚓粪中功能性微生物的种群结构.结果表明：污泥、牛粪和蔬菜蚯蚓粪分别检测到117505、81182、81104条scaftigs.变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门与放线菌门为3种蚯蚓粪的优势菌门.氮磷代谢途径分析表明,蚯蚓粪中富含固氮菌（Rhizobium、Mesorhizobium、Bradyrhizobium、Azospirillum）、硝化菌（Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrospira）和溶磷菌（Flavobacterium、Pseudomonas、Arthrobacter、Streptomyces）等肥料功能菌.相比而言,蔬菜蚯蚓粪微生物肥料潜力较高.相对于蔬菜蚯蚓粪（371条Unigenes）,污泥（2461条Unigenes）和牛粪（965条Unigenes）蚯蚓粪中存在较多的病原菌.而且,污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪中耐药基因相对丰度高达0.93×10^-3、0.32×10^-3和0.32×10^-3,主要为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类及四环素类耐药基因等.研究结果显示,蚯蚓粪中有益的功能菌群和有害微生物同时存在,其生物污染物的环境风险值得关注.     

宁夏养牛场粪污和周边土壤中抗生素及抗生素抗性基因分布特征

畜禽粪便是抗生素和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）重要的储存库.为揭示宁夏肉牛养殖场牛粪和养殖场周边土壤中抗生素及ARGs的分布特征,采用超高效液相色谱-串联质谱法和高通量荧光定量法对不同规模的养牛场进行调查研究.结果表明：①牛粪中优势抗生素为四环素类、喹诺酮类和磺胺类.不同养殖期牛粪中抗生素含量差异显著;育肥前期和哺乳期抗生素含量较高,犊牛期相反.②土壤中以喹诺酮类和四环素类抗生素为主,喹诺酮类抗生素检出率和含量都最高.养殖场对周边土壤中抗生素的分布无影响;施用牛粪的土壤中喹诺酮类和四环素类抗生素含量显著增加.③牛粪中共检测到ARGs亚型79~142种,其中氨基糖苷类ARGs数目最多.育成期ARGs数目最多且相对丰度最高,犊牛期相反.所有养殖期牛粪中共存ARGs是tetQ、ermF和tetO-01.④土壤中ARGs亚型有35~79种,主要是多药类和氨基糖苷类ARGs.养殖场对周边土壤中ARGs的数目和相对丰度无影响;施用牛粪的土壤中ARGs数目和相对丰度都显著高于其他土壤.⑤磺胺类和氯霉素类ARGs在牛粪和土壤中都有水平移动的风险.牛粪中氨基糖苷类和四环素类ARGs相对丰度与其对应抗生素含量呈极显著相关.⑥对牛粪和土壤中各类ARGs相对丰度而言,氨基糖苷类与磺胺类和氯霉素类、可移动遗传元件（mobile genetic elements,MGEs）与氨基糖苷类和磺胺类均呈显著或极显著正相关,而大环内酯类与万古霉素类则呈显著负相关.本研究结果可为肉牛不同养殖期抗生素的使用和牛粪施用等提供理论依据.     

活性炭对城市有机固废厌氧消化过程抗生素抗性基因行为特征的影响

城市有机固废是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的来源和储存库之一,其生物处理过程中ARGs的赋存变化规律需深入研究.采用定量PCR方法分析城市有机固废厌氧消化过程中多种类型ARGs和整合子基因的变化特征,探究了不同粒径的活性炭对目标基因行为特征的影响以及ARGs变化的潜在微生物机制.结果表明,无论是否添加活性炭,厌氧消化过程对初始体系中的总ARGs均具有削减作用,总ARGs绝对丰度的削减率为29.95%~63.40%.城市有机固废厌氧消化最终体系中,粉末活性炭（powered activated carbon,PAC）添加组中总ARGs丰度显著高于对照组（P<0.05）,即PAC削弱了ARGs的削减效果,颗粒活性炭对ARGs变化无显著影响.厌氧消化过程中,ARGs的潜在宿主细菌主要属于梭菌纲（Clostridia）、拟杆菌纲（Bacteroidia）和互营养菌纲（Synergistia）.PAC添加时,潜在宿主细菌的富集是目标基因增殖的重要原因,且Clostridia可能是厌氧消化过程中ARGs消长的主要驱动因子.本研究结果将为了解城市有机固废厌氧消化过程中ARGs的转归特征以及外源添加活性炭对ARGs的影响机制提供参考.     

牛粪燃烧实时排放挥发性有机物特征研究

在实验室模拟青海和西藏2种牛粪在民用炉具中的燃烧过程,采用稀释通道系统与质子转移飞行时间质谱（PTR-TOF-MS）在线分析牛粪燃烧排放的挥发性有机物（VOCs）,通过电子秤实时记录燃料质量的动态变化,获得牛粪燃烧排放VOCs浓度的时间序列与实时排放因子.结果表明,70g牛粪一次燃烧过程持续1100~1500s.牛粪燃烧排放VOCs浓度的时间变化趋势总体上呈单峰分布;西藏牛粪在燃烧450s左右VOCs浓度达到峰值7.92×10^-6;青海牛粪在燃烧400s左右VOCs浓度达到峰值6.01×10^-6.牛粪燃烧VOCs实时排放因子变化范围为40.74~156.88mg/g,趋势不同于VOCs浓度变化,随燃烧过程进行排放因子呈上升趋势.牛粪燃烧至3~4min左右,VOCs排放因子最低.甲醇、甲醛和乙醛3种VOCs排放因子占比最大,其中西藏牛粪燃烧3种VOCs排放占比分别为24.0%±1.9%、11.9%±1.8%和27.4%±1.4%,青海牛粪为22.0%±1.1%、13.3%±2.9%和17.7%±4.6%.本研究首次给出了牛粪燃烧VOCs实时排放因子,可为高时间分辨率排放清单建立和青藏高原地区室内空气污染的健康效应研究提供基础数据.     

模拟酸雨对福州平原稻田土壤细菌丰度及多样性的影响

为了探讨酸雨对稻田土壤细菌的影响,以福州平原某稻田为研究对象,测定和分析模拟不同酸度酸雨处理下早、晚稻土壤细菌群落组成及其丰度.结果表明：模拟酸雨处理提高了早稻土壤细菌的多样性,但却降低了晚稻土壤细菌的多样性;酸雨改变了稻田土壤细菌的丰度及群落结构,经模拟不同酸度的酸雨处理,稻田土壤细菌的优势菌属及其丰度并不一致;早稻pH3.5处理组与早稻对照组之间的物种多样性及群落结构差异最大,晚稻pH2.5处理组与晚稻对照组之间的物种多样性及群落结构差异最大;在酸雨作用下,溶杆菌属（Lysobacter）和产黄杆菌属（Rhodanobacter）的丰度明显升高,而马赛菌属（Massilia）的丰度则显著降低,说明溶杆菌属（Lysobacter）和产黄杆菌属（Rhodanobacter）为耐受酸雨的主要菌属,马赛菌属（Massilia）则为受酸雨影响最大的菌属;细菌属H16的相对丰度与土壤电导率（EC）呈极显著负相关（P<0.01）,Lysobacter的相对丰度与土壤pH值呈极显著负相关（P<0.01）,Arenimonas的相对丰度与土壤总有机碳（SOC）呈极显著正相关（P<0.01）.     

Combined pollution of arsenic and Polymyxin B enhanced arsenic toxicity and enriched ARG abundance in soil and earthworm gut microbiotas

Polymyxin B (PMB) is considered as the last line of antibiotic defense available to humans. The environmental effects of the combined pollution with PMB and heavy metals and their interaction mechanisms are unclear. We explored the effects of the combined pollution with PMB and arsenic (As) on the microbial composition of the soil and in the earthworm gut, as well as the spread and transmission of antibiotic resistance genes (ARGs). The results showed that, compared with As alone, the combined addition of PMB and As could significantly increase the bioaccumulation factor and toxicity of As in earthworm tissues by 12.1% and 16.0%, respectively. PMB treatment could significantly increase the abundance of Actinobacteria in the earthworm gut (from 35.6% to 45.2%), and As stress could significantly increase the abundance of Proteobacteria (from 19.8% to 56.9%). PMB and As stress both could significantly increase the abundance of ARGs and mobile genetic elements (MGEs), which were positively correlated, indicating that ARGs might be horizontally transferred. The inactivation of antibiotics was the main resistance mechanism that microbes use to resist PMB and As stress. Network analysis showed that PMB and As might have antagonistic effects through competition with multi-drug resistant ARGs. The combined pollution by PMB and As significantly promoted the relative abundance of microbes carrying multi-drug resistant ARGs and MGEs, thereby increasing the risk of transmission of ARGs. This research advances the understanding of the interaction mechanism between antibiotics and heavy metals and provides new theoretical guidance for the environmental risk assessment and combined pollution management.     

磺胺抗性消长与堆肥进程的交互特征

基于添加和不添加磺胺药[m(磺胺二甲嘧啶SM2)∶m(磺胺-6-甲氧嘧啶SMM)=1∶1]的好氧堆肥试验,分析堆肥过程中鸡粪理化性质、微生物群落代谢特征、磺胺抗生素以及5种抗性基因变化,探明磺胺抗性消长与堆肥过程的交互特征.结果表明,磺胺药添加抑制了堆肥基础呼吸,延长了堆体达到高温的时间,减缓了养分转化速度,显著影响堆肥中期微生物群落结构特征.鸡粪中SMM和SM2在堆肥14 d内即可完全降解,且SMM降解速率高于SM2.随堆肥进行,sul1和sul2呈先下降后轻微回升的趋势,磺胺药添加对sul1和Int I1丰度无明显提高作用,但可促进sul2扩散.堆肥过程中,tet Q和tet W变化与磺胺抗性基因不同,但磺胺药添加亦增加tet Q和tet W相对丰度.冗余分析结果显示,温度与sul1、sul2和Int I1明显负相关,与tet Q和tet W无明显相关性;5种抗性基因相对丰度均与碳氮比和硝态氮含量负相关,与p H、含水率和铵态氮含量正相关.