| 题名 | 养猪废弃物中多种抗生素同时分析及抗性基因在厌氧处理中的转归研究 |
| 作者 | 王瑞 |
| 答辩日期 | 2017-07 |
| 文献子类 | 博士后 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 魏东斌 ; 魏源送 |
| 关键词 | 抗生素筛查 调研 Antibiotics Screening 厌氧消化 Investigation 抗性基因 Anaerobic Digestion 微生物群落 Args Microbial Community |
| 学位专业 | 生物学 |
| 英文摘要 | 近年来，饲料中添加抗生素以提高畜禽养殖行业经济效益的行为所带来的潜在环境和生态危害日益受到关注，持续、过量和滥用抗生素不仅诱导抗性基因、耐药菌的传播，更会扰乱环境微生物的自然选择、演替和进化。然而，当前对于我国畜禽养殖行业中所使用的抗生素的种类、以及这些抗生素在环境中的降解转化规律的系统全面研究还比较欠缺，这已成为制约畜禽养殖行业用抗生素环境危害评估及其科学削减方案实施的瓶颈问题。本文以生猪养殖废水和粪便为研究对象，分析了其中的抗生素残留种类、含量及其不同季节分布情况，考察了不同生猪废水和粪便处理工艺对抗生素残留和抗性基因的去除效果，可为有效削减抗生素残留及抗性基因提供基础数据和科学依据。主要结果如下： 开发了适于生猪养殖废水与粪便的残留抗生素快速高通量筛查方法，建立了猪场废水中6大类11种抗生素的高效液相色谱-三重四极杆质谱分析定量方法，分别是四环素类（TC，OTC，CTC），磺胺类（SDMD），大环内酯类（CLA，TILM）氟喹诺酮类（CIP，OFL，ENR），β-内酰胺类（PCN-G）和林可胺类（LIM）。猪粪中抗生素分析方法学的优化结果表明，选取甲醇和Na2EDTA-McIlvaine缓冲溶液的混合液为提取液，以超声方式进行提取、固相萃取方法进行净化，各个目标物的回收率在30%-160%范围内，检出限为0.010-2.885 μg/L，定量限为0.034-9.615 μg/L，线性范围均在5-500 μg/L。 以北京地区两个规模化养猪场为对象，明确了春、夏、冬三季生猪养殖废水和粪便中的抗生素残留特征。结果表明，四环素类抗生素（TCs）是这两个猪场使用的主要抗生素，平均占比58%，其次是大环内酯类的替米考星（TILM），平均占比33%。1#猪场的磺胺类抗生素磺胺二甲嘧啶（SDMD）的残留量也相对较高，平均占比10%，但2#猪场未检测到SDMD。冬季和春季抗生素的残留量均高于夏季，抗生素总量在粪便中的平均比例为98.5%，在废水中的平均比例只有1.5%，说明抗生素主要被吸附在固体上。磺胺类抗生素在废水中的比例相对较高，平均达到5.29%。经过厌氧和好氧工艺后约80%的抗生素均可被去除，但磺胺类抗生素的去除效果较差，导致SDMD在出水中占比较高。 厌氧消化能有效削减猪粪中的抗生素和抗性基因。不同含固率（TS：B=4%，常规厌氧消化；C=8%，D=11%，E=14%，高含固厌氧消化）猪粪中温厌氧消化的试验结果表明，抗生素总量分别下降了35%、46%、39%、14%，其中四环素类、大环内酯类TILM和氟喹诺酮类均下降55%左右，但磺胺类总量均有明显升高。经厌氧消化后，抗性基因的相对丰度总和在B、C、D、E组分别下降了17%、20%、20%、7%，其中ermB下降幅度最大，分别下降了16%、23%、23%、28%，说明厌氧消化对猪粪中优势ARGs有明显削减作用，但大环内酯类mefA基因、磺胺类sulI和sulII基因、四环素类tetG基因却在厌氧消化后明显增长。整合子IntI1在常规厌氧消化中呈下降趋势，而在高含固厌氧消化过程中呈升高趋势，原因可能是高含固厌氧消化使得水平转移的几率相对更大。 基于抗性基因的分析结果表明，厚壁菌门在整个厌氧消化过程中始终是丰度最高的细菌，平均丰度分别为70%，其次是拟杆菌门和变形菌门，这三类细菌的总丰度为90%。高含固与常规厌氧消化微生物群落结构演替的途径有明显差异。常规厌氧消化过程中Sedimentibacter、Ercella、Acinetobacter和Comamonas丰度明显升高；高含固试验中Corynebacterium、Thermacetogenium、Wohlfahrtiimonas、Tepidimicrobium、Paenalcaligenes、Thiopseudomonas六种细菌丰度明显升高，且这些细菌与VFAs和TAN具有一定的相关性。猪粪厌氧消化过程中呈明显下降趋势的抗性基因ermB、blaTEM、tetX、pcoA与Anaerococcus、Peptoniphilus、Streptococcus、Lactobacillus、Methanosphaera、Olsenella、Syntrophococcus、Peptostreptococcus、Bacteroides、Anaerosphaera、Methanothrix存在一定的相关性，说明细菌群落结构的演替对ARGs的变化起到了至关重要的作用。 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/38702]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院生态环境研究中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王瑞. 养猪废弃物中多种抗生素同时分析及抗性基因在厌氧处理中的转归研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
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