纳米氧化铈对猪粪厌氧发酵性能及抗生素抗性基因的影响

摘要

[目的]为提高猪粪厌氧发酵产气性能。[方法]在猪粪厌氧发酵系统中添加不同浓度(0,10,20,30,40 mg·L^-1)的纳米氧化铈（CeO₂NPs）以探究其对厌氧发酵产气性能、理化性质的影响，并进一步分析微生物多样性和群落结构变化以及抗生素抗性基因（ARGs）消减的影响。[结果]CeO₂NPs添加量为10 mg·L^-1时，猪粪厌氧发酵产气效果最好，其累积产气量较CK组提高25.45%，累积产甲烷量提高19.74%，提高牛粪高浓度厌氧发酵底物水解程度，促进厌氧发酵后期分解丙酸能力，增强系统稳定性。与对照组相比，添加10 mg·L^-1的CeO₂NPs提高了厌氧发酵系统物种的多样性和丰富度，发酵系统中水解产酸厚壁菌门（Firmicutes）等优势菌群的相对丰度显著提升，属水平上产氢产乙酸菌Clostridium＿sensu＿stricto＿1丰度提升4.72%；同时也提高了产甲烷菌中Methanobacterium、Methanosaeta、Methanobrevibacter、methanoculleus、Methanosphaera的相对丰度；添加10 mg·L^-1 CeO₂NPs组对四环素类(tetH、tetB（P）)、磺胺类（sul1、sul2）及大环内酯类(lnuG、Erm（30）)ARGs的消减率分别达到47.62%～65.30%、54.93%～55.27%、14.44%～68.92%，发酵第30天时CK组ARGs丰度为添加10 mg·L^-1 CeO₂NPs组的1.03～2.08倍。[结论]综上所述，添加适量的CeO₂NPs对稳定厌氧发酵系统、提高微生物活性、增加沼气产量、ARGs消减等方面又多重促进作用。研究结果可为畜禽粪便沼气工程中CeO₂NPs等导电性外源添加剂的使用提供相关理论指导和实践基础。

关键词

纳米氧化铈 / 厌氧发酵 / 猪粪 / 抗生素抗性基因

基金资助

辽宁省自然科学基金项目（2023-MS-213）; 辽宁省联合基金项目面上资助计划项目（2023-MSLH-309）