從豬糞到田間的抗生素抗性基因的原位分析

文章信息

Impact of directapplication of biogas slurry and residue in fields: in situ analysis ofantibiotic resistance genes from pig manure to fields

Chengjun Pu, Hang Liu, Guochun Ding, Ying Sun, Xiaolu Yu, Junhao Chen,Jingyao Ren, Xiaoyan Gong

DOI: 10.1016/j.jhazmat.2017.10.031

發表雜誌：Journal ofhazardous materials（IF=7）

1. 研究背景

沼液和被抗生素汙染的殘留物被廣泛用作蔬菜作物種植中的肥料。然而，它們對蔬菜田中抗生素抗性基因（ARGs）傳播的影響仍然未知。

2. 方法

2.1 採集樣品並用乾燥法、電位法、K2Cr2O7氧化法和凱氏定氮法分析樣品的理化特性，包括水分、pH、總有機碳（TOC）和總氮（TN）。

2.2 通過活菌平板計數來確定培養的ARB數量。

2.3 通過DNA提取和高通量定量PCR（HT-qPCR）（Wcgene Biotech, Shanghai, China）評估厭氧消化後抗生素抗性細菌（ARB），221個ARGs和3個轉座子基因的變異。

2.4 通過Illumina MISEQ測序和序列分析研究細菌群落與ARGs之間的相關性。

3. 結果

3.1 從豬糞到農田的ARB培養數量

從豬糞到田間培養的細菌總數為1.5×106 CFU / g至2.2×108 CFU / g。

圖1.厭氧消化過程和採樣位置。以下採樣地點：（1）豬糞，（2）初始沼氣泥漿，（3）排出的沼氣泥漿，（4）沼氣殘渣和（5）蔬菜土壤用排出的沼氣泥漿和沼氣殘渣處理。

圖2.豬糞（PM），初始沼氣漿（IBS），排放沼氣漿（DBS），沼氣殘渣（BR），經排放沼氣漿和殘渣處理的土壤（DBSRS）和對照中培養的ARB的含量。

3.2 從豬糞到農田的args和轉座子基因變異

從豬糞到田間檢測到83個ARGs和3個轉座子基因，共有12個ARG共享，厭氧消化並沒有減少ARGs和轉座子基因的多樣性。從豬糞到田間的ARG的總相對豐度範圍為3.02×10-1至9.07×10-1，48個ARG的相對豐度高於10-3。

圖3.從豬糞到田間最豐富的ARG的相對豐度。

圖4.豬糞（PM），初始沼氣液（IBS），排放沼氣液（DBS），沼氣殘渣（BR），排放沼氣液和殘渣（DBSRS）處理過的土壤和對照中檢測到的ARG的相對豐度。

3.3 從豬糞到農田的細菌群落特徵

研究表明，厚壁菌門和擬桿菌門與TOC、TN和pH呈正相關。土壤中的主要變形菌門與C/N呈正相關。在屬的層次上，沼液沼渣土壤與對照土壤細菌群落組成差異較大。

3.4 ARG、轉座子和細菌群落的相關性

沼液沼渣處理土壤細菌群落與對照差異顯著。特別是擬桿菌門和放線菌。基於網絡分析，19個屬被鑑定為可能的寄主。

圖5.網絡分析揭示了（A）ARGs和轉座子基因與（B）ARGs和微生物群落之間的相關性。

結論

研究結果表明，在田間長期使用沼液和被抗生素汙染的殘留物可以增加ARB的發生率以及ARG和轉座子基因的相對豐度。另外，用沼氣泥漿和殘渣處理過的土壤與對照樣品之間的細菌群落顯著不同，尤其是門生細菌和放線菌。根據網絡分析，確定了19個屬是檢測到的ARG的可能宿主。我們的研究結果對合理利用沼液和殘渣具有重要意義。