蚯蚓处理对猪粪中有害成分及微生物群落结构的影响

论文摘要

随着猪粪作为一种富含有机质和营养元素的有机肥料在农业中的广泛应用,施用猪粪导致土壤中重金属、抗生素、抗生素抗性基因等有害成分增加的现实也越来越受到社会的重视。而蚯蚓被广泛的应用于生活垃圾、城市污泥、畜禽粪便的处理。本试验以海南规模化猪场产出的经干湿分离后的猪粪为基质,接种赤子爱胜蚓在室内培养4周,利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定不同时间下猪粪和蚯蚓体内的重金属（Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As）的含量。利用液相色谱-质谱/质谱联用法测定猪粪中磺胺类、四环素类、氯霉素类、喹诺酮类四类共40种抗生素。利用实时荧光定量PCR对猪粪中10种抗生素抗性基因进行绝对定量。同时使用高通量测序技术对猪粪中微生物多样性进行分析。系统研究蚯蚓作用下猪粪中重金属形态变化及蚯蚓体内重金属的富集特征,了解蚯蚓作用下猪粪中抗生素、抗生素抗性基因的变化情况以及蚯蝴对猪粪中微生物群落的影响,为畜禽废弃物在农业生产中的安全应用提供重要依据。实验结果表明:（1）蚯蚓处理4周后,猪粪pH值由6.51增加至6.86。全磷和全钾增加显著。猪粪中Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As的总量明显降低,与对照组相比,分别降低了 13.69%、24.47%、30.70%、39.17%、21.91%、9.36%,同时猪粪中 Zn、Cr、Cd 的残渣态比例相比对照组分别减少了 15%、27%、27%。蚯蚓对重金属有一定富集作用,除Cr以外,Cu、Zn、Cd、As四种重金属在蚯蚓体内的浓度相比实验前分别增加了 0.49、3.86、0.012、0.064 mg/kg,并表现出一定的时效关系,其富集系数大小顺序为Cr>Cd>Zn>Cu>As。结果表明,蚯蚓能富集猪粪中的重金属并且降低猪粪中的重金属含量,同时减少了猪粪中的部分重金属残渣态比例,有利于重金属的转移和去除。（2）抗生素检测的结果显示,供试猪粪中含有7种抗生素,分别属于四环素类和喹诺酮类两大类。经蚯蚓处理4周后,实验组猪粪中培氟沙星、恩诺沙星和土霉素的含量相比对照组分别减少了 20.79%、24.03%和17.98%。在4周的试验时间内,蚯蚓处理对猪粪中10种抗生素抗性基因的丰度无明显影响。结果表明蚯蚓能够减少猪粪中培氟沙星、恩诺沙星和土霉素的浓度,但对本试验中检测的10种抗生素抗性基因无明显作用。（3）微生物多样性的分析结果说明,供试猪粪中变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门四个门类所占比例最大,分别为41.0%、23.7%、13.1%和10.9%。猪粪经蚯蚓处理后的第2、4周,细菌的6种α-多样性指数均有所上升。蚯蚓处理4周后,猪粪中厚壁菌门和放线菌门类群的占比有所增加,变形菌门、拟杆菌门等类群占比有所下降。猪粪中不同门类的细菌与不同环境因子间的存在一定相关性。本研究结果显示蚯蚓处理猪粪能够减少猪粪中部分有害物质,提高猪粪肥力,有利于猪粪在农业中的应用。研究结果可在一定程度上解决海南省畜牧业现阶段废弃物利用效率低下,污染较为严重的问题,并为蚯蚓处理猪粪等废弃物在生态循环农业中的合理应用提供一定的科学依据。

论文目录

摘要

Abstract

1 前言

1.1 猪粪中的重金属残留

1.2 猪粪中抗生素和抗生素抗性基因对环境的污染

1.3 蚯蚓处理畜禽废弃物的研究进展

1.4 研究内容及目的意义

1.5 技术路线

2.蚯蚓对猪粪中重金属的影响及富集

2.1 实验材料

2.2 主要试剂和仪器

2.3 实验方法

2.3.1 样品的采集

2.3.2 猪粪基本理化性质的测定

2.3.3 蚯蚓平均体重的测定

2.3.4 重金属的测定

2.3.5 数据处理与分析

2.4 结果与分析

2.4.1 蚯蚓处理下猪粪基本理化性质的变化

2.4.2 猪粪重金属的变化

2.4.3 蚯蚓对重金属的富集

2.5 讨论

3.蚯蚓处理对猪粪中抗生素及抗生素抗性基因的影响

3.1 实验材料

3.2 主要试剂和仪器

3.3 实验方法

3.3.1 样品的采集

3.3.2 抗生素的测定

3.3.3 猪粪DNA的提取

3.3.4 抗生素抗性基因的检测

3.3.5 数据处理与分析

3.4 结果与分析

3.4.1 蚯蚓处理下猪粪中抗生素变化

3.4.2 抗性基因标准曲线

3.4.3 蚯蚓处理下猪粪中抗生素抗性基因的变化

3.4.4 猪粪中抗生素及抗生素抗性基因的相关性

3.5 讨论

4.蚯蚓对猪粪中微生物群落结构的影响

4.1 实验材料

4.2 实验方法

4.2.1 样品的采集

4.2.2 猪粪DNA的提取

4.2.3 文库构建及高通量测序

4.2.5 数据处理

4.3 结果与分析

4.3.1 蚯蚓处理下猪粪中细菌α-多样性的差异

4.3.2 猪粪中细菌群落结构组成

4.3.3 蚯蚓处理下猪粪细菌群落结构的差异

4.3.4 影响猪粪细菌群落结构变化的因素

4.4 讨论

5.结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

在读期间已发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄炜

导师: 刁晓平

关键词: 赤子爱胜蚓,猪粪,抗生素,抗生素抗性基因,微生物

来源: 海南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,农业科技

专业: 生物学,环境科学与资源利用,农业基础科学

单位: 海南大学

分类号: Q938;X713

DOI: 10.27073/d.cnki.ghadu.2019.000625

总页数: 61

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蚯蚓处理对猪粪中有害成分及微生物群落结构的影响

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