微塑料对堆肥过程中抗生素抗性基因组风险的影响机制及水平基因转移调控研究

【编辑推荐】针对微塑料与抗生素抗性基因（ARGs）在堆肥系统中的交互作用难题，中国农业科学院团队通过33天鸡粪堆肥实验结合宏基因组分箱技术，发现聚丙烯微塑料虽未显著改变ARGs总丰度，但通过促进分枝杆菌（bin.79）等关键宿主水平基因转移（HGT）增加抗性传播风险。该研究发表于《Environmental Research》，为有机废弃物中微塑料与ARGs协同管控提供理论依据。

　　

随着中国成为全球最大畜禽养殖国，每年产生的粪便处理成为绿色发展的关键课题。堆肥技术因其能有效降解有机废物、减少病原体并生产有机肥料，被视为可持续解决方案。然而，现代农业中广泛使用的塑料薄膜和包装材料，在环境中逐渐破碎形成微塑料（<5 mm），与畜禽粪便中残留的抗生素抗性基因（ARGs）共同进入堆肥系统，形成复杂的生态风险。微塑料表面独特的"塑际圈"微生物群落，可能成为ARGs水平转移的"热点"，但这一过程在堆肥环境中的具体机制尚不明确。

中国农业科学院团队在《Environmental Research》发表的研究，通过33天鸡粪堆肥实验，系统分析了聚丙烯微塑料对ARGs动态的影响。研究采用宏基因组测序结合分箱技术（binning），追踪了ARGs宿主微生物的演替规律，并通过移动遗传元件（MGEs）和毒力因子（VFs）分析揭示了基因转移网络。

主要技术方法
实验以广州某养鸡场粪便为原料，添加锯末调节碳氮比至25，设置对照组和微塑料添加组（聚丙烯，1% w/w）。通过温度监测确定堆肥周期（0-33天），在升温期（第11天）和成熟期（第33天）采样。采用宏基因组测序分析微生物群落和ARGs谱，利用MetaBAT2进行基因组分箱鉴定ARGs宿主，通过Prokka和ABRicate注释ARGs、MGEs及VFs。

研究结果

Composting experiment
堆体温度在第4天达到55°C以上高温期，第21天进入成熟期（22°C）。微塑料组堆温显著高于对照组，但两组pH、含水率等理化参数无显著差异。

Effects of microplastics on antibiotic resistance genes during composting
宏基因组分析显示，微塑料未显著改变ARGs总丰度（P>0.05）或风险评分，但改变了特定基因分布。塑际圈中Actinobacteria、Firmicutes和Proteobacteria为优势菌门，其中分枝杆菌Mycobacterium（bin.79）在微塑料表面的丰度较粪便基质高2.3倍（P<0.01）。

Control of the antibiotic resistome risk by compost
高温堆肥使ARGs总丰度降低2个数量级（10⁰至10^-2 copies/16S rRNA）。但微塑料表面分枝杆菌bin.79携带的ermF、tetM等ARGs通过接合质粒（IncP-1型）与周围微生物发生水平转移，转移频率较对照组高37%。

Conclusion
研究首次证实微塑料通过塑造特定微生物生态位（如分枝杆菌富集）促进ARGs水平转移，而非直接增加抗性基因负荷。这一发现突破了传统"丰度决定风险"的认知，提出微塑料-宿主微生物互作的新风险路径。

该研究为《畜禽粪便堆肥污染控制技术规范》的修订提供了科学依据，建议将微塑料纳入堆肥原料管控指标。作者团队获得的中国博士后科学基金（2021M700047）和农业科技创新计划（CAAS-IFR-JCCX-2025-10）支持，凸显了国家层面对该交叉领域研究的重视。未来需开发针对塑际圈生物膜的干预策略，阻断ARGs环境传播链。