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循环农业中心在养殖废水抗生素抗性基因研究方面取得进展

近日,循环农业中心生物质转化研究团队在国际学术期刊Science of the Total EnvironmentIF 5.6,一区Top期刊)上在线发表了题为 Fate and driving factors of antibiotic resistance genes in an integrated swine wastewater treatment system: From wastewater to soil 的研究论文。该研究揭示了规模猪场典型污水处理单元和农田施用后抗生素抗性基因(ARGs)的分布和迁移转化规律,为养殖污水多级利用中ARGs污染防控治理提供了支撑。

随着集约化养殖业的快速发展,兽用抗生素长期滥用所引起的抗生素耐药性问题日益突出。ARGs作为生态安全风险极高的新兴污染物,成为近年来全球性的环境健康问题。畜禽养殖粪污是环境中ARGs的重要储存库,其处理后作为肥料农田利用是ARGs传播的主要途径。养殖粪污处理及利用过程中ARGs的分布特征及环境风险是国内外研究的热点,也是养殖废弃物多元多级循环利用过程中必须关注的问题。

研究团队以养殖场-粪污处理单元-农田典型种养系统为研究对象,重点围绕养殖污水(占养殖粪污总量的80%以上)处理及农田利用过程中抗生素及其抗性基因迁移转化特征及环境风险等问题开展了系列研究。前期研究阐明了冬季和夏季猪场污水厌氧消化-多级沉淀-水生植物处理各环节中主要抗生素的浓度及降解特征,发现该组合工艺对抗生素的去除率>90%,是养殖污水中抗生素有效降解的重要手段。进一步对养殖污水关键处理环节——厌氧消化过程中抗生素的去除途径和降解规律开展研究,发现抗生素先发生快速吸附作用而固定在固相中,随后发生较为缓慢的生物降解作用,抗生素与易分解有机物的共代谢作用是其生物降解的主要机制。但养殖污水各处理单元和农田施用后土壤中ARGs的迁移转化规律及其驱动机理尚不清晰。

为此,研究团队综合运用宏基因组测序、16S rRNA高通量测序和关联分析等技术手段,明确了养殖污水厌氧消化、多级沉淀和水生植物净化处理单元对ARGs的削减作用,从环境因子和微生物群落的角度探讨了各处理单元对ARGs多样性和丰度的影响机制,冗余分析表明ARGs的相对丰度和总氮、总磷、抗生素以及细菌群落显著相关,揭示了水平基因转移和潜在细菌宿主的增殖是养殖污水处理后长期灌溉导致持久性ARGs在农田土壤中扩散传播的主要机制。

论文第一作者为循环农业中心朱宁博士,通讯作者为靳红梅研究员。该研究得到国家自然科学基金委面上项目和江苏省重点研发计划等项目的资助。

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规模猪场养殖污水处理和农田施用中抗生素抗性基因的迁移转化规律和驱动因子

 

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720311657

团队其他相关论文链接:

1https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00449-016-1699-1

2http://www.aes.org.cn/html/2017/9/20170926.htm

3http://www.aes.org.cn/nyhjkxxb/ch/reader/view_abstract.aspx?doi=10.11654/jaes.2016-0488

4http://www.ere.ac.cn/CN/10.11934/j.issn.1673-4831.2016.06.017

(《生态与农村环境学报》2017年度优秀论文)