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技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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

技术介绍
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(Antibioticresistancegenes，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(ZhangJY,WeiYS,TongJ,etal.Impactsofadditionofnaturalzeoliteoranitrificationinhibitoronantibioticresistancegenesduringsludgecomposting.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。在提高畜禽粪便抗性基因和整合子基因intI1去除效率技术研究上，目前主要通过改变物料初始性状、添加不同堆肥添加剂、改进堆肥工艺等措施进行。如中国专利CN107129374A公布了一种利用竹材生物炭降低堆肥四环素类抗性基因丰度的方法；即将竹材在600℃的温度下裂解成生物炭，并以2.5％的干重比例添加到鸡粪秸秆混合物中，四环素抗性基因降低70％以上，但生物炭在制备过程中需要耗费大量能源；CN106495871A公开了一种通过添加鼠李糖脂和吐温80两种表面活性剂的方法降低大内环酯类抗性基因以及intI1丰度的方法，但该方法对其他类型抗生素的去除效果未知；CN108148606A公开了一种借助热解工艺的高温过程，消除养殖废弃物抗生素耐药基因的丰度的方法，但该方法需要特殊的热解装置，热解温度高达600～800℃，能源消耗高，热解过程中产生的气体也容易对大气造成污染。CN110184218A公开了一种利用枯草芽孢杆菌BS1的复合菌剂消减堆肥中病原菌和抗性基因，但该方法在操作过程中需要对多种微生物进行预培养，步骤复杂繁琐。钱勋(钱勋.2016.好氧堆肥对畜禽粪便中抗生素抗性基因的削减条件探索及影响机理研究.西北农林大学博士学位论文)研究表明连续高温堆肥工艺下intI1基因丰度下降了98％，而普通高温堆肥intI1基因丰度仅下降了76％；但该工艺要求整个堆肥过程(40天)保持55℃高温，且其结论仅基于温度可调的实验室生化培养箱内，在实际堆肥生产中必须辅助加热才能实现，能耗高。褐煤是一种色泽介于泥炭与沥青煤之间的低级煤。我国褐煤资源丰富，其总量占我国煤炭重量的13％。目前，我国褐煤主要用于燃烧发电，附加值未得到充分利用。褐煤富含碳，与C/N较低的畜禽粪便混合以后，能优化堆肥原料C/N,减少堆肥中秸秆等调理剂的使用。同时由于褐煤结构中孔隙大，能改善物料容重、孔隙度等物理性状，改善微生物生长的微环境，增强堆肥微生物活性，提高堆体温度，加快堆肥进程。褐煤较大的阳离子代换量也能降低畜禽粪便中可提取态重金属铜锌的含量，降低重金属-抗性基因的共抗性出现频率。目前，褐煤作为一种吸附材料，在重金属、有机污染物吸附效果上应用较多，但对于畜禽粪便堆肥过程的抗性基因的影响尚未报道。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术在实现褐煤高值利用下，提供一种利用褐煤增强禽畜粪便堆肥过程中抗性基因及I型整合子(intI1)丰度去除效果的方法。为实现上述目的，本专利技术是通过下述技术方案获得的：1)原材料准备：将畜禽粪便、堆肥调理剂与褐煤混合后，获得C/N比为20～30(优选C/N比为20～25)，含水率为55～60％(优选含水率55％)的堆肥原料，备用；所述畜禽粪便为鸡粪、猪粪、牛粪中的一种或多种；所述堆肥调理剂为秸秆、稻壳、木屑、砻糠、蘑菇渣中的一种或多种；所述褐煤颗粒直径<2mm,pH值介于3～5，含水率<40％；所述的畜禽粪便、堆肥调理剂、褐煤的质量比为50～65:20～30:15～20；所述的抗性基因为针对β-内酰胺类、磺胺类、四环素类、大内环酯类的抗性基因。2)堆肥：利用步骤1)获得的堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，步骤如下：/n1)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%，即为堆肥原料；/n2)利用堆肥原料进行高温好氧堆肥28-42天，即实现降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子丰度。/n

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，步骤如下：
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%，即为堆肥原料；
2)利用堆肥原料进行高温好氧堆肥28-42天，即实现降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子丰度。


2.如权利要求1所述降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子丰度的方法，其特征在于，所述抗性基因包括针对β-内酰胺类、磺胺类、四环素类、大内环酯类抗性基因中的至少一种。


3.如权利要求1所述降低畜禽粪便堆肥中抗性基因和I型整合子丰...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹云，高航，黄红英，贺纪正，陈德立，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，江苏盐城环保科技城土壤污染修复研发中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32