[发明专利]一种降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子丰度的方法

说明书

本发明公开一种降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子丰度的方法，包括：1)将畜禽粪便、堆肥调理剂与褐煤，调整C/N比为20～30，含水率为55～60％，2)利用将堆肥原料进行常规高温好氧堆肥28‑42天，即实现降低畜禽粪便堆肥产物中抗性基因和I型整合子丰度。

技术领域

本发明涉及一种利用褐煤降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子(intI1)丰度的方法，属于养殖场固体废弃物无害化处理技术领域。

背景技术

目前抗生素在全球范围内大量应用于人类疾病治疗和集约化畜禽养殖业，由于兽用抗生素具有防治动物疫病和促进生长的双重功效，使用和消耗量较高。据统计，2013年我国52％的抗生素应用于畜禽养殖业动物的催促生长与疾病治疗中。但畜禽对抗生素的吸收较差，30～90％会以药物原形或代谢物的形式经粪和尿液排出体外，进入土壤或地下水中抗生素有5.38万吨，对环境造成严重污染，也增加了生态毒性。抗生素的滥用不仅造成畜禽粪便中高浓度的抗生素残留，极大地增加了耐药性的发生频率，还会诱导环境中抗性基因(Antibiotic resistance genes，ARGs)的富集。根据美国CDC的研究，自20世纪80年代以来，越来越多的菌株对主要临床用抗生素产生耐药性，并且由单一耐药性发展到多重耐药性，导致感染死亡率有一个明显的升高趋势。

微生物除了通过自身突变获得耐药性外，还可以整合到可移动基因元件上，通过基因水平转移在不同微生物间传播，ARGs主要是以水、土壤、空气等介质作为储库和传播扩散的媒介，并且会通过食物链直接进入人体。ARGs一旦转移到人类致病菌中，导致抗生素治疗失效，严重威胁人类健康。因此，ARGs作为一种新型环境污染物日益引起人们的广泛关注，世界卫生组织将其列为人类21世纪面临的重大挑战之一。

近年来研究发现了一种携带有多种ARGs的新型重组表达系统——整合子(Integron)，它是一种可移动的DNA分子，具有特殊结构，可捕获和整合外源性基因，特别是抗生素抗性基因、重金属抗性基因等，使之转变为功能性基因的表达单位，之后可通过转座子和质粒在细菌中水平传播，它能促进ARGs更广泛的传播。根据intI基因编码的不同整合酶可以对整合子进行分类，现已发现至少5种类型的整合子(I、II、III、IV、V型整合子)能够使ARGs实现水平转移。结构复杂的I型整合子(intI1)与ARGs关系更为密切，能够通过位点特异性重组将不同ARGs进行重排，对ARGs在环境中的传播扩散起到了至关重要的作用(苏志国等，“环境中抗生素抗性基因与I型整合子的研究进展”，微生物学通报，2018)。

规模化养殖场畜禽粪便是ARGs的重要储存库，不同畜种粪便中ARGs的种类与丰度差别较大。因此，实现畜禽粪便无害化处理，降低入田导致的抗性基因污染风险十分重要。

堆肥是畜禽粪便无害化与资源化利用的主要途径之一。经高温堆肥(55℃堆肥不低于5天)后畜禽粪便中的主要病原菌被杀灭，可以削减ARGs从畜禽粪便进入土壤环境的机会。但由于堆肥工艺不同，堆肥原料多样，传统好氧堆肥对ARGs的削减效果并不稳定，大多数ARGs堆肥后丰度减少，也有少量类型ARGs出现富集(李厚禹，徐艳，成卫民，邵振鲁，李碧菡，郑向群，“好氧-厌氧两相堆肥过程中抗生素耐药基因的变化特征及影响因素研究.环境科学研究”，2020，10.13198/j.issn.1001-6929.2020.05.26)；Zhang等(Zhang J Y,Wei YS,Tong J,et al.Impacts of addition of natural zeolite or a nitrificationinhibitor on antibiotic resistance genes during sludge composting.WaterResearch,2016,91:339-349.)研究发现堆肥处理过后，一些ARGs(blaCTX-M、blaTEM、ermB、ereA和tetW)的丰度减少了0.3～2.0logs，但另一部分ARGs(ermF、sul1、sul2、tetG、tetX以及mefA)的丰度增加了0.3～1.3logs。