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集約化農(nóng)牧業(yè)發(fā)展加劇了畜禽糞便和作物秸稈大量堆積造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問(wèn)題。當(dāng)前，有機(jī)廢棄物的無(wú)害化處理正在成為世界范圍內(nèi)一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。好氧堆肥是一個(gè)微生物主導(dǎo)的將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物資源持續(xù)利用的重要途徑。生活生產(chǎn)中，常通過(guò)好氧堆肥的方式克服單一秸稈堆肥含水率低、孔隙度大等缺陷，將其轉(zhuǎn)化為高值農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料（如食用菌栽培），從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)養(yǎng)分供應(yīng)、改善基質(zhì)生態(tài)、促進(jìn)作物生長(zhǎng)。為此，大型真菌種質(zhì)資源與綠色發(fā)展專(zhuān)題攻關(guān)組以通用生物技術(shù)升級(jí)和綠色發(fā)展為目標(biāo)，進(jìn)行生物質(zhì)廢棄物清潔轉(zhuǎn)化和高值利用研究。專(zhuān)題組前期研究利用鏈霉菌-芽孢桿菌合成菌劑?(Streptomyces-Bacillus?Inoculant，SBI)?進(jìn)行牛糞、玉米秸稈堆肥發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)SBI的接種可提高纖維素分解菌和固氮菌的豐度，改變堆肥過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)元素代謝途徑，顯著促進(jìn)碳氮轉(zhuǎn)化和有機(jī)質(zhì)腐熟?(https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.120895)。

在發(fā)酵過(guò)程中，有害生物污染物（病原菌、病毒和抗性基因等）會(huì)在環(huán)境中進(jìn)行傳遞和富集。病原菌可通過(guò)污染土壤、水源等方式影響生態(tài)環(huán)境，從而誘發(fā)人類(lèi)感染類(lèi)疾病。病毒的傳播同樣蘊(yùn)含潛在性風(fēng)險(xiǎn)，能夠大大改變環(huán)境中的微生物群落。而抗生素抗性基因的富集將會(huì)增強(qiáng)病原菌和病毒的防控難度，并且最終經(jīng)由食物鏈的富集作用，給人類(lèi)的健康造成巨大的威脅。

據(jù)此，大型真菌種質(zhì)資源與綠色發(fā)展專(zhuān)題攻關(guān)組利用病毒組、宏基因組測(cè)序以及路徑模型分析，研究了對(duì)農(nóng)牧有機(jī)廢棄物進(jìn)行SBI接種和堆肥發(fā)酵后，病毒群落、病原菌、抗生素抗性基因、移動(dòng)遺傳元件的變化及其互作關(guān)系。研究結(jié)果表明：1）好氧發(fā)酵后，三種常見(jiàn)的植物病原菌：禾谷鐮孢菌Fusarium graminearum?(?46%)，稻瘟病菌Magnaporthe oryzae?(?42%)?和葡萄孢屬真菌Botrytis cinerea?(?52%)?以及動(dòng)物病原體伯氏疏螺旋體Borreliella burgdorferi?(?41%)?的豐度均顯著降低；2）SBI的接種對(duì)抗生素抗性基因和遺傳元件均有顯著影響：發(fā)酵后~80%的高豐度抗性基因大幅消減（平均降解率~90%），抗性基因宿主細(xì)菌豐度和關(guān)鍵轉(zhuǎn)座酶transposase豐度減少?(?28%)?，聯(lián)合限制了抗性基因的水平轉(zhuǎn)移；3）在堆肥發(fā)酵不同階段，病毒多樣性和病毒群落組成均存在顯著變化，SBI接種顯著降低高溫階段病毒群落的多樣性。

進(jìn)一步分析顯示，SBI接種從三個(gè)方面促進(jìn)堆肥過(guò)程中抗性基因的消減：1）抑制含抗性基因細(xì)菌類(lèi)群的繁殖，減弱抗性基因在群落中的相對(duì)豐度；2）SBI接種后噬菌體豐度增加，促進(jìn)抗性基因宿主細(xì)菌的感染和裂解，從而降低該抗性基因的豐度；3）SBI通過(guò)抑制群落中遺傳元件的存在和活動(dòng)，限制抗性基因在不同細(xì)菌之間的傳遞，減弱細(xì)菌抗性的獲得，從而降低多重耐藥菌出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

該研究系統(tǒng)展示了復(fù)合菌劑接種對(duì)好氧堆肥過(guò)程中有害生物污染物消減的促進(jìn)效應(yīng)，揭示了抗性基因消減的機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了病毒消減在減輕抗性基因風(fēng)險(xiǎn)中的重要作用，為堆肥發(fā)酵這一重要農(nóng)用技術(shù)的改良提升提供理論指導(dǎo)。研究結(jié)果充分表明，接種菌劑好氧堆肥不僅是實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)廢棄物持續(xù)利用的重要技術(shù)，?也是消減生物有害物并阻隔其進(jìn)入環(huán)境的有效途徑。

圖1??接種菌劑促進(jìn)堆肥中微生物（細(xì)菌、病毒）群落結(jié)構(gòu)變化和抗性基因消減

相關(guān)成果以Virome and metagenomic sequencing reveal the impact of microbial inoculants on suppressions of antibiotic resistome and viruses during co-composting為題，發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)國(guó)際期刊Journal of Hazardous Materials上。周紫嫣為論文第一作者，劉棟副研究員、于富強(qiáng)正高級(jí)工程師為論文共同通訊作者，其它合作者包括奧地利維也納農(nóng)業(yè)大學(xué)Katharina教授、西北農(nóng)林科技大學(xué)黃懿梅教授和愛(ài)爾蘭環(huán)境研究中心Parag Bhople?博士后。

研究得到中國(guó)科學(xué)院A類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA26050302）、云南省振興人才支撐計(jì)劃“青年人才”項(xiàng)目（YNQR-QNRC-2019-025）和云南省科技創(chuàng)新計(jì)劃（202205AD160036）等項(xiàng)目的支持。

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