复合菌剂显著促进好氧堆肥中有害生物污染物消减

　　 　

集约化农牧业发展加剧了畜禽粪便和作物秸秆大量堆积造成的环境污染和资源浪费问题。当前，有机废弃物的无害化处理正在成为世界范围内一个严峻的问题。好氧堆肥是一个微生物主导的将有机物转化为腐殖质的过程，是实现生物质废弃物资源持续利用的重要途径。生活生产中，常通过好氧堆肥的方式克服单一秸秆堆肥含水率低、孔隙度大等缺陷，将其转化为高值农业生产原料（如食用菌栽培），从而实现循环养分供应、改善基质生态、促进作物生长。为此，大型真菌种质资源与绿色发展专题攻关组以通用生物技术升级和绿色发展为目标，进行生物质废弃物清洁转化和高值利用研究。专题组前期研究利用链霉菌-芽孢杆菌合成菌剂?(Streptomyces-Bacillus?Inoculant，SBI)?进行牛粪、玉米秸秆堆肥发酵，发现SBI的接种可提高纤维素分解菌和固氮菌的丰度，改变堆肥过程中营养元素代谢途径，显著促进碳氮转化和有机质腐熟?(https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120895)。

在发酵过程中，有害生物污染物（病原菌、病毒和抗性基因等）会在环境中进行传递和富集。病原菌可通过污染土壤、水源等方式影响生态环境，从而诱发人类感染类疾病。病毒的传播同样蕴含潜在性风险，能够大大改变环境中的微生物群落。而抗生素抗性基因的富集将会增强病原菌和病毒的防控难度，并且最终经由食物链的富集作用，给人类的健康造成巨大的威胁。

据此，大型真菌种质资源与绿色发展专题攻关组利用病毒组、宏基因组测序以及路径模型分析，研究了对农牧有机废弃物进行SBI接种和堆肥发酵后，病毒群落、病原菌、抗生素抗性基因、移动遗传元件的变化及其互作关系。研究结果表明：1）好氧发酵后，三种常见的植物病原菌：禾谷镰孢菌Fusarium graminearum?(?46%)，稻瘟病菌Magnaporthe oryzae?(?42%)?和葡萄孢属真菌Botrytis cinerea?(?52%)?以及动物病原体伯氏疏螺旋体Borreliella burgdorferi?(?41%)?的丰度均显著降低；2）SBI的接种对抗生素抗性基因和遗传元件均有显著影响：发酵后~80%的高丰度抗性基因大幅消减（平均降解率~90%），抗性基因宿主细菌丰度和关键转座酶transposase丰度减少?(?28%)?，联合限制了抗性基因的水平转移；3）在堆肥发酵不同阶段，病毒多样性和病毒群落组成均存在显著变化，SBI接种显著降低高温阶段病毒群落的多样性。

进一步分析显示，SBI接种从三个方面促进堆肥过程中抗性基因的消减：1）抑制含抗性基因细菌类群的繁殖，减弱抗性基因在群落中的相对丰度；2）SBI接种后噬菌体丰度增加，促进抗性基因宿主细菌的感染和裂解，从而降低该抗性基因的丰度；3）SBI通过抑制群落中遗传元件的存在和活动，限制抗性基因在不同细菌之间的传递，减弱细菌抗性的获得，从而降低多重耐药菌出现的风险。

该研究系统展示了复合菌剂接种对好氧堆肥过程中有害生物污染物消减的促进效应，揭示了抗性基因消减的机制，强调了病毒消减在减轻抗性基因风险中的重要作用，为堆肥发酵这一重要农用技术的改良提升提供理论指导。研究结果充分表明，接种菌剂好氧堆肥不仅是实现生物质废弃物持续利用的重要技术，?也是消减生物有害物并阻隔其进入环境的有效途径。

图1??接种菌剂促进堆肥中微生物（细菌、病毒）群落结构变化和抗性基因消减

相关成果以Virome and metagenomic sequencing reveal the impact of microbial inoculants on suppressions of antibiotic resistome and viruses during co-composting为题，发表在环境科学与生态学国际期刊Journal of Hazardous Materials上。周紫嫣为论文第一作者，刘栋副研究员、于富强正高级工程师为论文共同通讯作者，其它合作者包括奥地利维也纳农业大学Katharina教授、西北农林科技大学黄懿梅教授和爱尔兰环境研究中心Parag Bhople?博士后。

研究得到中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA26050302）、云南省振兴人才支撑计划“青年人才”项目（YNQR-QNRC-2019-025）和云南省科技创新计划（202205AD160036）等项目的支持。

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