CN114195564B - 一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因污染的方法 - Google Patents

一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因污染的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法，包括：调节双孢菇培养废料含水率为50‑60％，堆成宽1.0‑1.5米、高0.6‑0.8米的堆体，环境温度20℃以上腐熟7‑10天，腐熟期间堆体温度不超过70℃，获得腐熟培养料；腐熟培养废料在处理槽中的厚度不超过20厘米，按腐熟培养料与抗生素抗性基因消除剂的质量比为(10‑40):1的比例，加入抗生素抗性基因消除剂，在放入抗生素抗性基因消除剂的腐熟培养料上铺设厚度不小于0.01mm的黑色塑料薄膜，26‑28℃下培养50‑60天。本发明实现了双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的高效去除，去除率高于70％，降低了环境污染，实现了废物利用。

Description

一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因污染的方法
技术领域
本发明属于环保领域，具体涉及一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因污染的方法。
背景技术
近年来，由于抗生素的滥用诱导动物体内产生了抗生素抗性基因(Antibioticsresistance genes,ARGs)，这些诱导产生的抗生素抗性基因大部分随畜禽粪便排放到环境中。抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物，在地表水、地下水、医疗废水、城市污水处理厂、养殖场、土壤、沉积物以及大气环境中都有分布和传播，抗生素抗性基因中的可移动遗传因子(质粒、转座子、整合子等)通过接合、转化、转导等方式，会转移到人体或动物体内，产生的危害不可估量。
现有的抗生素抗性基因的处理方式主要包括微生物厌氧发酵、高温焚烧处理、使用生物炭吸附处理。但厌氧发酵的周期长，容易产生恶臭气体如氨气等造成二次污染，且厌氧发酵产物的附加值不高；高温焚烧处理和生物炭吸附处理的成本都比较高，高温焚烧同样容易造成二次污染。
双孢菇又称白蘑菇、蘑菇、洋蘑菇，是世界性栽培和消费的菇类，双孢菇培养废料是双孢菇栽培并收获产品后剩下的培养基废料。由于双孢菇栽培的原料主要是麦草和畜禽粪便，且畜禽粪便占比为30％，因此双孢菇采收完成后，剩余的培养废料中不可避免地带入了畜禽粪便中的大量的抗生素抗性基因污染，直接排放到环境中会对土壤环境、空气环境和菇农健康造成危害。但现有技术中从未报道过对双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的去除方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法，包括如下步骤：
(1)调节双孢菇培养废料含水率为50-60％，堆成宽1.0-1.5米、高0.6-0.8米的堆体，环境温度20℃以上腐熟7-10天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后调节得到含水率为50-60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料投入到处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，按腐熟培养料与抗生素抗性基因消除剂的质量比为(10-40):1的比例，加入抗生素抗性基因消除剂，在放入抗生素抗性基因消除剂的培养料上铺设厚度不小于0.01mm的黑色塑料薄膜，26-28℃下培养50-60天；撤去薄膜，移除抗生素抗性基因消除剂，得到处理槽中的处理料，抗生素抗性基因的去除率高于70％。
本发明优选的技术方案，所述的双孢菇培养废料中抗生素抗性基因绝对定量大于10×109copies/g，优选大于14×109copies/g。
本发明优选的技术方案，所述的双孢菇培养废料中抗生素抗性基因包括氨基糖胺类、β-内酰胺类、氯霉素类、整合子、大环内酯类-林肯酰胺类-链阳性菌素B(MLSB)、多重抗药类、磺胺类、四环素类、转座子、万古霉素类中的任一种或其中组合。
本发明优选的技术方案，所述处理槽用HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将底部和四周封严。
本发明优选的技术方案，所述抗生素抗性基因消除剂为白星花金龟、纳米生物炭中的任一种或其组合。
本发明优选的技术方案，所述白星花金龟为白星花金龟三龄幼虫，平均体重为1-3g。
本发明优选的技术方案，所述腐熟培养料与白星花金龟三龄幼虫的质量比为(15-35):1，优选为(25-30):1。
本发明优选的技术方案，所述处理料中抗生素抗性基因绝对定量低于5×109copies/g，更优选低于3×109copies/g。
本发明优选的技术方案，抗生素抗性基因的去除率高于75％，优选高于80％。
本发明优选的技术方案，所述处理料中有机质含量大于70％，优选大于75％。
本发明优选的技术方案，所述处理料中总养分(全氮、五氧化二磷和氧化钾之和)含量大于3％，优选大于5％。
本发明优选的技术方案，所述处理料可作为有机肥，直接回用于田地。
除非另有说明，本发明涉及液体与液体之间的百分比时，所述的百分比为体积/体积百分比；本发明涉及液体与固体之间的百分比时，所述百分比为体积/重量百分比；本发明涉及固体与液体之间的百分比时，所述百分比为重量/体积百分比；其余为重量/重量百分比。
除非另有说明，本发明采用下述检测方法：
(1)抗生素抗性基因绝对定量的检测方法：参照团体标准《T/AHEPI 02-2020环境微生物抗生素抗性基因检测高通量荧光定量PCR法》。
(2)有机质、总养分(全氮、五氧化二磷和氧化钾之和)的检测方法，参照农业行业标准《NY/T 525-2021有机肥料》。
与现有技术相比，本发明具有下述有益技术效果：
1、本发明首先发现双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的污染，并创新性提出了抗生素抗性基因的高效去除方法，去除率高达80％以上。
2、本发明对双孢菇培养废料处理后得到的处理料，有机质含量高达70％以上，总养分含量为5％以上，可实现培养废料全部转化为安全和高质量的有机肥，直接施用于田地，实现了废物的资源化利用，有效降低了生产成本。
3、本发明具有环境友好，处理工艺简单，适合于工业化生产等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1-4、对比例1-3制备得到的处理料中抗生素抗性基因的去除率对比；
图2为本发明空白(双孢菇培养废料)和实施例1-4制备得到的处理料中有机质含量对比；
图3为本发明空白(双孢菇培养废料)和实施例1-4制备得到的处理料中总养分含量对比。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
双孢菇培养废料：来自河北承德兴春和农业股份有限公司，其中有机质含量48％，总养分含量4.3％，抗生素抗性基因绝对定量14.8×109copies/g，包含的抗性基因种类详见表1。
表1
Figure GDA0003637878640000041
Figure GDA0003637878640000051
本发明所用的白星花金龟三龄幼虫来自中国农业科学院植物保护研究所廊坊基地。
实施例1
本实施例提供一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法。
(1)将双孢菇培养废料调节含水率为60％，堆成宽1.0米、高0.6米的堆体，环境温度20℃以上腐熟7天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后加水调节，得到含水率为60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料330kg(以干料计)，投入处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严；在培养料上投入10.2kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共3400条)，在放入幼虫后的培养料上铺设黑色的塑料薄膜(厚度不小于0.01mm)，26-28℃下培养60天；撤去塑料薄膜，移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料322kg。
实施例2
本实施例提供一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法。
(1)将双孢菇培养废料调节含水率为55％，堆成宽1.0米、高0.6米堆体，20℃以上腐熟7天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后加水调节，得到含水率为55％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料330kg(以干料计)，投入处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严；在培养料上投入10.8kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共3600条)，在放入幼虫后的培养废料上铺设黑色的塑料薄膜(厚度不小于0.01mm)，26-28℃下培养60天；撤去塑料薄膜，移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料321kg。
实施例3
本实施例提供一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法。
(1)将双孢菇培养废料调节含水率为60％，堆成宽1.0米、高0.6米的堆体，20℃以上腐熟7天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后加水调节，得到含水率为60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料330kg(以干料计)，投入处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严；投入13.2kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共4400条)，在放入幼虫后的培养料上铺设黑色的塑料薄膜(厚度不小于0.01mm)，26-28℃下培养60天；撤去塑料薄膜，移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料318kg。
实施例4
本实施例提供一种高效去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法。
(1)将双孢菇培养废料调节含水率为60％，堆成宽1.0米、高0.6米的堆体，20℃以上腐熟7天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后加水调节，得到含水率为60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料330kg(以干料计)，投入处理槽中，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严，培养料厚度不超过20厘米；投入20.8kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共8000条)，在放入幼虫后的培养料上铺设黑色的塑料薄膜(厚度不小于0.01mm)，26-28℃下培养60天；撤去塑料薄膜，移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料318kg。
对比例1
将双孢菇培养废料330kg(以干料计)投入处理槽中，培养废料厚度不超过20厘米，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严；投入13.2kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共4400条)，在放入幼虫后的培养废料上铺设黑色的塑料薄膜(厚度不小于0.01mm)，26-28℃下培养60天；撤去塑料薄膜，移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料323kg。
对比例2
(1)将双孢菇培养废料调节含水率为60％，堆成宽1.0米、高0.6米的堆体，20℃以上腐熟7天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后加水调节，得到含水率为60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料330kg(以干料计)，投入处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严；投入13.2kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共4400条)，26-28℃下培养60天；移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料324kg。
对比例3
(1)将双孢菇培养废料调节含水率为60％，堆成宽1.0米、高0.6米的堆体，20℃以上腐熟7天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后加水调节，得到含水率为60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料330kg(以干料计)，投入处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，所述处理槽为用木桩和铁丝围成的宽2米、长2米、高0.5米的护栏，将HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将护栏底部和四周封严；投入6kg白星花金龟三龄幼虫(每条幼虫平均重量3g，共2000条)，在放入幼虫后的培养料上铺设黑色的塑料薄膜(厚度不小于0.01mm)，26-28℃下培养60天；撤去塑料薄膜，移除白星花金龟幼虫，得到处理槽中的处理料324kg。
试验例1
将实施例1-4和对比例1-3制备得到的处理料经过干燥、粉碎、混合均匀后，检测处理料中抗生素抗性基因的绝对定量，与双孢菇培养废料(空白)中抗生素抗性基因的绝对定量相比，计算抗生素抗性基因的去除率，结果见图1。
检测双孢菇培养废料(空白)、实施例1-4得到的处理料中的有机质、总养分含量，结果见图2和图3。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因的方法在去除双孢菇培养废料中抗生素抗性基因中的应用，其特征在于，包括如下步骤：
(1)调节双孢菇培养废料含水率为50-60％，堆成宽1.0-1.5米、高0.6-0.8米的堆体，环境温度20℃以上腐熟7-10天，腐熟期间控制堆体温度不超过70℃，如超过70℃则适当翻堆实现降温，腐熟结束后调节得到含水率为50-60％的腐熟培养料；
(2)将步骤(1)得到的腐熟培养料投入到处理槽中，培养料厚度不超过20厘米，按培养料与白星花金龟的质量比为(15-35):1的比例，加入白星花金龟，在放入白星花金龟的腐熟培养料上铺设厚度不小于0.01mm的黑色塑料薄膜，26-28℃下培养50-60天；撤去薄膜，移除白星花金龟，得到处理槽中的处理料，抗生素抗性基因的去除率高于70％；
所述白星花金龟为白星花金龟三龄幼虫，平均体重为1-3g；
所述的双孢菇培养废料中抗生素抗性基因包括氨基糖胺类、β-内酰胺类、氯霉素类、大环内酯类-林肯酰胺类-链阳性菌素B、多重抗药类、磺胺类、四环素类、万古霉素类中的任一种或其组合；
所述处理料中抗生素抗性基因绝对定量低于5×109copies/g；
所述处理料中有机质含量大于70％，总养分含量大于3％，所述总养分为全氮、五氧化二磷和氧化钾之和。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述腐熟培养料与白星花金龟三龄幼虫的质量比为(25-30):1。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的双孢菇培养废料中抗生素抗性基因绝对定量大于10×109copies/g。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述的双孢菇培养废料中抗生素抗性基因绝对定量大于14×109copies/g。
5.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述处理槽用HDPE材质、0.5mm厚度的黑色防水膜将底部和四周封严。
6.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述处理料中抗生素抗性基因绝对定量低于3×109copies/g。
7.如权利要求1所述的应用，其特征在于，抗生素抗性基因的去除率高于75％。
8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，抗生素抗性基因的去除率高于80％。
9.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述处理料中有机质含量大于75％。
10.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述处理料中总养分含量大于5％。
11.如权利要求1-10任一项所述的应用，其特征在于，所述处理料作为有机肥，直接回用于田地。
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我国利用昆虫转化有机废弃物的发展现状及前景;李逵等;《环境昆虫学报》;20171231(第02期);第453-459页 *
畜禽粪便中抗生素抗性基因(ARGs)污染问题及环境调控;邹威等;《农业环境科学学报》;20141231(第12期);第2281-2287页 *
蝇蛆肠道微生物菌群对猪粪残留抗生素的降解及抗性基因的影响;江承亮等;《微生物学报》;20171204(第06期);第1103-1115页 *
高温堆肥对猪粪中多类抗生素的去除效果;潘寻等;《生态与农村环境学报》;20130125(第01期);第64-69页 *

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