抗生素作為一類由微生物（包括細(xì)菌、真菌、放線菌屬）或高等動(dòng)植物在生活和生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其他活性的一類次生代謝物，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療保健、家禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域，用于提高人類健康和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。然而，抗生素的過度使用以及不當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處置會(huì)導(dǎo)致大量抗生素排放到環(huán)境中，從而使病原菌產(chǎn)生抗生素抗性基因（antibioticresistancegenes，ARGs）。ARGs存在于多種可移動(dòng)遺傳元件（mobilegeneticelements，MGEs）中，例如整合子和質(zhì)粒等，它們通過接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)和自然轉(zhuǎn)化在不同細(xì)菌間傳播和擴(kuò)散，導(dǎo)致ARGs遍布在農(nóng)作物、土壤和地下水等生態(tài)環(huán)境中的每個(gè)角落，進(jìn)而會(huì)污染肉、蛋、蔬菜和水果等食物來源。目前，研究人員已在多種食用作物和動(dòng)物中檢測到ARGs，而部分ARGs最終會(huì)殘留在餐廚垃圾中。隨著人口和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，餐廚垃圾產(chǎn)量與日俱增，全球每年產(chǎn)生約1.3億t餐廚垃圾，而在中國，餐廚垃圾產(chǎn)量已占城市生活垃圾總量的50%以上。餐廚垃圾中含有大量的ARGs，特別是四環(huán)素類、磺胺類、氟喹諾酮類和β內(nèi)酰胺類等抗性基因，一項(xiàng)研究從餐廚垃圾中檢測到171種ARGs，其絕對豐度隨儲(chǔ)存時(shí)間的變化可提高126倍。餐廚垃圾的不當(dāng)處置和利用，如直接衛(wèi)生填埋或?qū)⑸锾幚砗蟮墓腆w殘留物用作肥料等都會(huì)導(dǎo)致ARGs進(jìn)一步傳播到土壤和水體等環(huán)境中，最終通過水循環(huán)和食物鏈給人類生命健康和生態(tài)環(huán)境帶來潛在的危害，因此餐廚垃圾中存在的ARGs已不容忽視。由于餐廚垃圾中的抗生素來源于不同的途徑，給環(huán)境介質(zhì)中的抗生素抗性細(xì)菌帶來選擇壓力，并刺激耐藥性傳遞，一旦細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，它們可通過兩種機(jī)制進(jìn)行傳播，即水平基因轉(zhuǎn)移和垂直基因轉(zhuǎn)移。如何精準(zhǔn)檢測和高效去除餐廚垃圾處置和資源化過程中的ARGs或者限制其傳播已成為目前的研究熱點(diǎn)。

厭氧消化（anaerobicdigestion，AD）因其簡單、高效的工藝特點(diǎn)，清潔、環(huán)保的技術(shù)理念及對節(jié)能減排的突出貢獻(xiàn)被認(rèn)為是一種高效的餐廚垃圾資源化利用途徑，其可在回收生物甲烷的同時(shí)，能夠有效去除部分致病菌和ARGs。然而，有研究人員也發(fā)現(xiàn)某些ARGs豐度在厭氧消化過程可能會(huì)升高，但總體來說呈下降趨勢。餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程的去除和傳播效果受多種因素影響，包括預(yù)處理方式、AD過程運(yùn)行參數(shù)和外源添加劑種類等，而明晰餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程的遷移規(guī)律和去除機(jī)制對厭氧消化預(yù)處理工藝的選擇、運(yùn)行參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、外源添加劑的選擇和高效安全生物轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。目前已有很多文獻(xiàn)對餐廚垃圾和污泥等有機(jī)固體廢棄物中ARGs在厭氧消化過程的去除效果、遷移規(guī)律和去除機(jī)制進(jìn)行了報(bào)道，針對各自工藝對ARGs的去除效果和機(jī)制也有不同的解析。然而，目前針對ARGs在厭氧消化過程的去除效果、遷移規(guī)律和影響機(jī)制的總結(jié)和概述較少，特別是針對餐廚垃圾在該研究領(lǐng)域的綜述幾乎沒有報(bào)道。目前僅有的綜述只是對餐廚垃圾和污泥等有機(jī)固體廢棄物中ARGs在厭氧消化過程中去除效果和影響因素進(jìn)行了報(bào)道，還沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)于餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程中遷移規(guī)律和去除機(jī)制的分析和總結(jié)。綜上，本文擬結(jié)合近年來已有的相關(guān)研究和最新進(jìn)展，嘗試總結(jié)餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程的去除效果、遷移規(guī)律和去除機(jī)制；討論AD過程不同工藝參數(shù)、外源添加導(dǎo)電材料及原料預(yù)處理等策略對餐廚垃圾中ARGs在AD過程中的去除效果、傳播途徑及去除機(jī)制的影響，進(jìn)而分析和總結(jié)餐廚垃圾中ARGs在AD過程的歸趨；最后，在已有研究基礎(chǔ)上對未來提升餐廚垃圾AD過程中甲烷產(chǎn)率和ARGs去除效果進(jìn)行了展望并提出建議，以期為該領(lǐng)域研究人員深入了解餐廚垃圾中ARGs在AD過程中的歸趨提供有用的見解。

1、ARGs在餐廚垃圾中的傳播途徑與機(jī)制

隨著抗生素在食用動(dòng)物飼養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛使用，已在多種食用作物（蔬菜和水果）和食用動(dòng)物（包括魚肉、牛肉、蝦等）中頻繁檢測到抗生素抗性細(xì)菌（antibioticresistantbacteria，ARB）和ARGs。新鮮食物一般會(huì)攜帶具有MGEs的ARB，如沙門氏菌（Salmonella）、空腸彎曲菌（Campylobacterjejuni）和（Escherichiacoli）等，而以上ARB和ARGs會(huì)最終和食物一起進(jìn)入到餐廚垃圾中，是生態(tài)環(huán)境中ARGs的來源之一，如處置不當(dāng)，可能會(huì)給人類健康帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。如圖1所示，餐廚垃圾中殘留的抗生素及其代謝產(chǎn)物來源之一是動(dòng)物養(yǎng)殖和蔬菜種植過程使用的抗生素。一般來說，動(dòng)植物食品中抗生素的數(shù)量級(jí)通常為ng·g-1，而已有報(bào)道顯示大型餐廚垃圾處理廠垃圾滲濾液中會(huì)檢測出磺胺二甲嘧啶（22~74640mg·L-1）、磺胺甲唑（47~18943mg·L-1）、環(huán)丙沙星（2~322645mg·L-1）、恩諾沙星（3~155557mg·L-1）和氧氟沙星（36~654691mg·L-1）等抗生素。上述途徑殘留的抗生素會(huì)給環(huán)境介質(zhì)中的ARB帶來選擇壓力，并刺激耐藥性傳遞。另一方面，糞便中殘留的抗生素可高達(dá)136mg·kg-1，施用含有高殘留抗生素的糞肥也可能使ARGs從受污染土壤傳播到新鮮食物中，并在餐廚垃圾中被檢出，有研究顯示外源ARGs可在改良土壤中存在長達(dá)10個(gè)月。ARB可以產(chǎn)生多種抗生素耐藥機(jī)制，如抗生素外排泵、靶位修飾、酶失活和限制抗生素吸收等，而細(xì)菌產(chǎn)生的耐藥性可通過垂直基因轉(zhuǎn)移或水平基因轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)行傳播。在垂直基因轉(zhuǎn)移中，ARGs通過細(xì)菌復(fù)制或自發(fā)突變傳遞，而在水平基因轉(zhuǎn)移中，以MGEs作為傳遞載體，抗性基因通過接合、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)化進(jìn)行傳遞。在接合過程中，ARB通過接合菌毛將遺傳信息轉(zhuǎn)移到其他細(xì)菌；在傳導(dǎo)過程中，噬菌體（病毒）攻擊ARB，并將其噬菌體DNA與細(xì)菌DNA混合；而在轉(zhuǎn)化過程中，細(xì)胞裂解后環(huán)境中存在的抗性DNA被其他細(xì)菌細(xì)胞吸收，因此變得具有抗生素抗性。此外，餐廚垃圾在收集、分類、運(yùn)輸以及后續(xù)處理過程中，需要儲(chǔ)存數(shù)天或數(shù)周，會(huì)影響ARGs的種類和豐度。Lin等在短期儲(chǔ)存的餐廚垃圾中總共檢測到171個(gè)ARGs和32個(gè)MGEs，該研究發(fā)現(xiàn)ARGs的絕對豐度隨著儲(chǔ)存時(shí)間顯著增加，最高達(dá)初始豐度的126倍，而MGEs和食物類型分別是影響ARGs和病原體的主要因素。

當(dāng)前，厭氧消化是最流行和應(yīng)用最廣泛的餐廚垃圾資源化技術(shù)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)生物甲烷回收和ARGs去除。然而，已有研究表明，餐廚垃圾經(jīng)厭氧消化后的沼渣沼液樣品中殘留的ARGs含量仍然高于普通土壤、河流和飲用水中的含量，因此需要持續(xù)關(guān)注餐廚垃圾厭氧消化過程中ARGs對土壤和自然水體等生態(tài)環(huán)境的潛在威脅。長期將厭氧消化產(chǎn)物（沼液和沼渣）作為肥料用于農(nóng)業(yè)，會(huì)形成持續(xù)的選擇壓力，可能會(huì)增加ARGs的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。即便如此，綜合考慮資源回收和對環(huán)境的影響，生物轉(zhuǎn)化仍將是未來最具潛力的餐廚垃圾處理方式。

2、厭氧消化過程不同工藝參數(shù)對餐廚垃圾中ARGs去除的影響

2.1 溫度

在AD過程中，微生物群落結(jié)構(gòu)對ARGs的變化起著決定作用，而溫度是改變微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)之一。已有研究發(fā)現(xiàn)，高溫可以有效滅活攜帶ARGs的細(xì)菌細(xì)胞，從而進(jìn)一步影響ARGs和MGEs（表1）。Wang等探究了高溫（55℃）和中溫（35℃）條件下，餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)物沼渣和沼液中ARGs的豐度變化，該研究結(jié)果表明，餐廚垃圾經(jīng)高溫AD后，ARGs的去除率明顯高于中溫AD，說明溫度是影響微生物群落多樣性和結(jié)構(gòu)的主要驅(qū)動(dòng)因子。Gao等也觀察到，餐廚垃圾中目標(biāo)四環(huán)素抗性基因（tetA、tetC、tetG、tetM、tetO、tetX）和整合酶基因intI1在嗜熱（50℃）厭氧消化器中顯著降低。另外，Wang等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高溫可以創(chuàng)造有利的環(huán)境來消除餐廚垃圾中的ARGs，同時(shí)降低人類致病菌的多樣性，以減輕其環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，而與有機(jī)固體廢棄物類型（餐廚垃圾、糞便或污泥）相比，溫度（嗜冷、嗜溫或嗜熱）對AD過程中ARGs去除率的影響作用更大。

2.2 消化底物

消化底物的組成不僅影響厭氧消化的產(chǎn)甲烷性能，也對ARGs的去除有顯著影響。目前大多數(shù)研究是在總固體含量（totalsolids，TS）<10%的濕AD條件下進(jìn)行的，與濕AD相比，高固體AD（TS≥15%）需要更小的反應(yīng)器工作體積，產(chǎn)生更少的消化物，這有利于后續(xù)消化物的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和生物肥料的使用。Wang等比較了餐廚垃圾和豬糞的高固體AD（20%TS）和濕AD（8%TS）中ARGs的去除性能，顯示高固體AD的ARGs和MGEs的去除率是濕AD的2.3倍，而對磺胺類、多藥類和氨基糖苷類耐藥基因的去除更有效，主要原因可能是在高固體AD早期，細(xì)胞保護(hù)基因顯著增加，而AD后期高游離氨濃度導(dǎo)致ARGs和MGEs的潛在宿主減少，其抗性機(jī)制主要為抗生素失活和外排泵。此外，脂質(zhì)作為餐廚垃圾的主要成分，過量會(huì)產(chǎn)生LCFA抑制，而適度的脂質(zhì)含量可以促進(jìn)厭氧消化效率。Ma等重點(diǎn)研究了餐廚垃圾厭氧消化過程中脂質(zhì)對甲烷產(chǎn)量、ARGs豐度及其微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，與對照組比，適量的脂質(zhì)可以減少宿主細(xì)菌，降低總ARGs豐度，特別是可以抑制系統(tǒng)中sul1、aadA1和mefA的傳播。

2.3 共消化

餐廚垃圾的C/N一般不在厭氧消化要求的最佳范圍之內(nèi)，且缺乏能夠促進(jìn)厭氧消化的金屬微量元素（Zn、Fe、Mn和Se等）。共消化可以在不同底物之間產(chǎn)生互補(bǔ)和協(xié)同效應(yīng)，如調(diào)節(jié)C/N、補(bǔ)充微量營養(yǎng)元素和堿度、稀釋有毒物質(zhì)、消除氨抑制、強(qiáng)化厭氧消化有機(jī)負(fù)荷能力和提高甲烷產(chǎn)量等，而共消化對餐廚垃圾中ARGs去除的影響也已被廣泛報(bào)道（表1）。從甲烷產(chǎn)量和ARGs去除兩方面綜合考慮，厭氧共消化比單一厭氧消化有一定的優(yōu)勢。在Zhang等的研究中，與單一厭氧消化相比，餐廚垃圾和污泥共消化除了可以顯著提高甲烷產(chǎn)率之外，還可以降低ARGs的總豐度，細(xì)菌群落進(jìn)化是ARGs變化的主要驅(qū)動(dòng)力。然而，Wang等的研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)孜镏泻锌股貢r(shí)，厭氧共消化增加了tetR、sulR、MLsR、AgyR、blaR、整合子和總ARGs的豐度，這可能是由于抗生素帶來的選擇性壓力，導(dǎo)致細(xì)胞損傷，使其攜帶ARGs的質(zhì)粒從供體到受體的接合轉(zhuǎn)移頻率提高，從而使ARGs去除受到限制。此外，Zhang等比較了餐廚垃圾單一厭氧消化、餐廚垃圾與雞糞共消化以及餐廚垃圾與剩余污泥共消化過程中ARGs的豐度變化，結(jié)果表明，厭氧共消化可以顯著提高甲烷產(chǎn)率，同時(shí)降低大部分ARGs的豐度（tetA、tetX、sul1、sul2、cmlA和floR），但由于雞糞和污泥中都含有一定量的抗生素，與單一餐廚垃圾消化相比，共消化對ARGs的去除效果被削弱。因此，未來厭氧共消化原料可以選用低抗生素殘留的糞便和污泥，或者預(yù)先對糞便和污泥中的抗生素進(jìn)行去除處理，以減少抗生素進(jìn)入共消化體系，在提高甲烷產(chǎn)率的同時(shí)，對ARGs的去除也有更好的效果。

3、厭氧消化過程中外源添加劑對餐廚垃圾中ARGs去除的影響

外源添加劑可以促進(jìn)污染物吸附、緩解微生物沖刷、強(qiáng)化種間電子傳遞和提高系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性，近年來已被廣泛加入餐廚垃圾厭氧消化過程中，用于提高甲烷產(chǎn)率和強(qiáng)化ARGs去除（表2）。當(dāng)前，主要用于厭氧消化的添加劑包括碳基導(dǎo)電材料（活性炭、石墨、石墨烯和氧化石墨烯等）、鐵基導(dǎo)電材料（零價(jià)鐵、磁鐵礦等）以及其他吸附材料如沸石和膨潤土等。

3.1 碳基導(dǎo)電材料

碳基導(dǎo)電材料通常具有孔隙多、比表面積大、穩(wěn)定性強(qiáng)、吸附容量大和導(dǎo)電性強(qiáng)等特點(diǎn)，是減緩餐廚垃圾厭氧消化過程中ARGs傳播的合適添加劑。活性炭是一種無定形的碳基導(dǎo)電材料，廣泛應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域，它不僅可以在抗生素去除中起重要作用，還能夠物理吸附水中的ARGs，潛在地強(qiáng)化ARGs的去除。Zhang等研究了活性炭對餐廚垃圾厭氧消化過程中ARGs去向的影響，結(jié)果顯示，活性炭的加入顯著提高了大部分ARGs（tetA、tetM、tetW、tetO、tetQ、sul2和tetX）的去除率，同時(shí)細(xì)菌病原菌的數(shù)量也降低了約18%。一方面，活性炭可以為功能微生物的定殖提供良好環(huán)境，提高固定化微生物的生物處理能力，在富集功能微生物的同時(shí)抑制反應(yīng)器中潛在ARGs宿主細(xì)菌的活性；另一方面，活性炭也降低了微生物群落的流動(dòng)性，可能會(huì)限制遺傳物質(zhì)即DNA的交換，從而降低了水平基因轉(zhuǎn)移的可能性。Zhang等的研究還發(fā)現(xiàn)，只有在底物不含抗生素時(shí)活性炭才能顯著提高ARGs的去除率，而如果共消化底物如污泥和雞粉中含有四環(huán)素、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲惡唑和氯霉素等，即使添加活性炭，反應(yīng)體系內(nèi)抗生素帶來的選擇性壓力也會(huì)使ARGs的去除受到限制。與活性炭相比，石墨、石墨烯和氧化石墨烯具有更高的吸附性能和導(dǎo)電性，可以強(qiáng)化去除ARGs。Wang等評(píng)價(jià)了餐廚垃圾和剩余污泥共消化過程中，以上3種碳材料對產(chǎn)甲烷性能、有機(jī)物利用效率和ARGs去向的影響，結(jié)果表明，石墨烯的添加可有效去除作為微生物之間進(jìn)行ARGs水平基因轉(zhuǎn)移載體的intl1，因而控制了ARGs在微生物群落之間的水平轉(zhuǎn)移，對blaOXA?1、ermF、ermB、tetQ和tetX的去除效率影響最大，而氧化石墨烯對sul1、sul2、tetW、tetM、tetO和intI1的去除效率最高。除此之外，石墨、石墨烯和氧化石墨烯可以破壞細(xì)胞膜，去除部分ARGs宿主細(xì)菌。綜上，碳基導(dǎo)電材料的添加不但限制了ARGs在微生物群落之間的水平轉(zhuǎn)移，同時(shí)減少了ARGs垂直基因轉(zhuǎn)移的頻率。

3.2 鐵基導(dǎo)電材料

鐵基導(dǎo)電材料也經(jīng)常被添加至餐廚垃圾厭氧消化過程中，用于促進(jìn)甲烷生產(chǎn)和ARGs去除。王攀等將5種劑量水平（1、5、10、15和20g·L-1）的零價(jià)鐵添加到餐廚垃圾厭氧消化體系中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20g·L-1的零價(jià)鐵可以大幅度提高甲烷產(chǎn)量，同時(shí)能夠顯著降低厭氧消化過程中mefA和tetM的豐度。Gao等在污泥和餐廚垃圾的厭氧共消化過程中也觀察到了類似的結(jié)果，5g·L-1和60g·L-1劑量的零價(jià)鐵對7個(gè)tet基因（tetM、tetA、tetO、tetC、tetW、tetG和tetX）的相對和絕對豐度有同等的衰減作用，但過量的零價(jià)鐵并不能進(jìn)一步提高ARGs的去除率。ARGs的減少可能是由于零價(jià)鐵的添加導(dǎo)致環(huán)境因素以及微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化共同引起的。零價(jià)鐵的加入會(huì)將可溶性鐵釋放到系統(tǒng)中，氧化后形成鐵沉淀，鐵沉淀一般帶正電荷，可以吸附帶負(fù)電荷的游離ARGs，同時(shí)零價(jià)鐵腐蝕產(chǎn)生的絮凝作用可進(jìn)一步提高游離ARGs的去除；此外，零價(jià)鐵會(huì)沉積在微生物細(xì)胞上，釋放鐵引起微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變形和破壞，使攜帶四環(huán)素抗性基因的潛在宿主（如厚壁菌、變形菌和放線菌等）數(shù)量下降。Wang等研究發(fā)現(xiàn)納米零價(jià)鐵有利于降低ARGs的豐度，特別是四環(huán)素抗性基因（tetO、tetQ、tetX），這是因?yàn)殍F元素具有與四環(huán)素類抗生素很強(qiáng)的配合傾向，從而削弱了四環(huán)素類基因潛在宿主微生物的選擇壓力，降低ARGs水平基因轉(zhuǎn)移，這也說明納米零價(jià)鐵引起的ARGs減少不是隨機(jī)的。此外，鐵元素對于關(guān)鍵酶的合成也是必不可少的，鐵基碳材料可以刺激關(guān)鍵代謝酶（氧化還原酶、水解酶和脫氫酶）的活性，促進(jìn)微生物生長和代謝，選擇性地富集電活性微生物，而納米顆粒的投加也會(huì)引起氧化應(yīng)激并破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性，產(chǎn)生的細(xì)胞毒性可通過減少主要ARGs宿主而降低ARGs的豐度。綜上，外源添加鐵基導(dǎo)電材料也是一種潛在的強(qiáng)化餐廚垃圾厭氧消化效率和ARGs去除的一種策略。

4、預(yù)處理對餐廚垃圾厭氧消化過程中ARGs去除的影響

4.1 微波預(yù)處理

預(yù)處理可以促進(jìn)餐廚垃圾分解、提高厭氧消化效率，同時(shí)對餐廚垃圾中ARGs的去除和傳播有顯著的影響。微波處理是一種常見的餐廚垃圾預(yù)處理方法，微波輻射會(huì)增加細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致細(xì)菌的DNA斷裂和損傷，從而有利于消除ARGs。Zhang等研究了微波預(yù)處理對餐廚垃圾與污泥共消化過程中ARGs和intI1的去向影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對照組相比，微波預(yù)處理可以降低ARGs的總豐度，但mefA/E、ermB、ermF、tetM和tetX的數(shù)量卻大幅增加，可能是由于較低的微波能量不足以破壞所有細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。經(jīng)過RDA分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落對ARGs變化的貢獻(xiàn)最大，其次是環(huán)境因素和MGEs，說明垂直基因轉(zhuǎn)移是影響微波預(yù)處理導(dǎo)致ARGs變化的主要驅(qū)動(dòng)力，而不是由MGEs誘導(dǎo)的水平基因轉(zhuǎn)移。綜上，雖然微波預(yù)處理能有效地去除餐廚垃圾中的ARGs，但由于餐廚垃圾中的ARGs種類極其復(fù)雜，AD過程的微生物活性和系統(tǒng)條件也差異較大，因此很難去除所有目標(biāo)ARGs。

4.2 酶預(yù)處理

與常見的預(yù)處理方法（例如超聲波、微波和水熱）相比，酶預(yù)處理具有高效和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，特別是近年來科研人員在原位自制復(fù)合酶技術(shù)研發(fā)方面取得了顯著進(jìn)展，極大地降低了復(fù)合酶的生產(chǎn)成本。酶預(yù)處理具有較高的選擇性，可以精確地將餐廚垃圾中的大分子有機(jī)物包括淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)水解成小分子的單糖和氨基酸等，有利于提高厭氧消化體系中產(chǎn)甲烷菌對底物的利用率，提高最終甲烷產(chǎn)率。此外，酶預(yù)處理也可以通過調(diào)節(jié)餐廚垃圾厭氧消化體系中微生物群落和基因表達(dá)，減弱抗生素抗性基因的傳播。Wu等研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶和纖維素酶預(yù)處理可有效降低餐廚垃圾厭氧消化過程中ARGs的總量（約13.8%~24.5%），特別是mefA、ermF、bacA、CfxA2、vatB、tetQ以及tetW的豐度在酶預(yù)處理后顯著降低。其他研究表明木瓜蛋白酶對ARGs的去除率可達(dá)6.33%~82.15%，而纖維素酶的加入進(jìn)一步改善了tetA的去除，說明混合酶有利于提高ARGs的去除。酶預(yù)處理可提高細(xì)胞膜的通透性，有效上調(diào)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相關(guān)基因的表達(dá)和下調(diào)DNA復(fù)制、雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)（two-componentregulatorysystem，TCS）和群體感應(yīng)（quorumsensing，QS），進(jìn)而消減ARGs傳遞過程。酶預(yù)處理對提高厭氧消化過程甲烷產(chǎn)率和ARGs去除具有較好的效果，但其對ARGs的遷移規(guī)律和去除機(jī)制研究較少，特別是科研人員自研發(fā)的復(fù)合酶在該領(lǐng)域的研究少之又少。Cui等首次報(bào)道了餐廚垃圾中ARGs在原位酶解和厭氧消化過程中的遷移規(guī)律及去除機(jī)制，結(jié)果表明，自研制的復(fù)合酶不但能夠顯著提高餐廚垃圾水解和AD效率（67.80%和16.58%），而且能夠顯著提高水解和AD過程ARGs的去除率（94%和55%），這可能是由于餐廚垃圾經(jīng)酶預(yù)處理后會(huì)釋放出高濃度的可溶性有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)，能夠促進(jìn)功能厭氧微生物的代謝，相反抑制了一些可能成為ARGs宿主的微生物，從而降低微生物多樣性，提高功能厭氧微生物的豐度，減少了ARGs的傳遞；機(jī)制分析進(jìn)一步表明微生物群落組成的變化和水平基因轉(zhuǎn)移是大多數(shù)ARGs變化的共同驅(qū)動(dòng)力；此外，該研究明晰了蛋白酶和纖維素酶預(yù)處理可以通過減少微生物多樣性和潛在的ARGs宿主，有效降低總的ARGs豐度，特別是蛋白酶可以降解膜蛋白，增加細(xì)胞膜通透性，減少ARGs附著在外排泵上的數(shù)量；但上述研究自研發(fā)的單菌基復(fù)合酶中纖維素酶的含量較低，與餐廚垃圾組分匹配度差，而已有報(bào)道顯示纖維素酶對ARGs的去除也有一定的效果，因此未來需開發(fā)活性更高、匹配度更好的混合菌基復(fù)合酶來進(jìn)一步提高餐廚垃圾水解和AD效率以及ARGs的去除率。無論如何，上述研究首次探索了餐廚垃圾中ARGs在原位酶解和AD過程中的遷移規(guī)律和去除機(jī)制，為研究人員了解餐廚垃圾中ARGs在原位酶解及AD過程中的運(yùn)行規(guī)律提供了新見解。

除了上述總結(jié)的微波預(yù)處理和酶預(yù)處理策略外，已有的關(guān)于預(yù)處理方式對厭氧消化過程中ARGs去向的研究大多以污泥與糞便為研究對象，而關(guān)于餐廚垃圾幾乎未見報(bào)道。餐廚垃圾有其自身的特點(diǎn)和ARGs組成特征，明晰餐廚垃圾中ARGs在不同預(yù)處理方法及厭氧消化過程的遷移規(guī)律和去除機(jī)制，可為未來餐廚垃圾預(yù)處理和厭氧消化工藝的選擇、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和高效安全生物轉(zhuǎn)化提供數(shù)據(jù)和理論支撐。

5、餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程中的去除機(jī)制初探

餐廚垃圾組分復(fù)雜，在預(yù)處理及厭氧消化過程中會(huì)伴隨著生物和非生物轉(zhuǎn)化。除了調(diào)節(jié)和優(yōu)化厭氧消化過程的工藝參數(shù)，添加導(dǎo)電材料及合適的預(yù)處理方式在提高甲烷產(chǎn)率和降低ARGs傳播等方面也具有較好的應(yīng)用前景。根據(jù)已有的研究報(bào)道，餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程中的去除機(jī)制主要包括：①微生物群落結(jié)構(gòu)演替（垂直基因轉(zhuǎn)移）、②可移動(dòng)遺傳元件減少（水平基因轉(zhuǎn)移）和③環(huán)境因素變化（圖2）。

微生物作為ARGs的潛在宿主，群落結(jié)構(gòu)的變化對餐廚垃圾中ARGs在厭氧消化過程的去向影響很大。餐廚垃圾厭氧消化過程中的微生物群落結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，具有代謝功能的細(xì)菌主要包括變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、擬桿菌門（Bacteroidetes），而大多數(shù)攜帶ARGs的微生物宿主都屬于以上各門。水平基因轉(zhuǎn)移是ARGs傳播的一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力，而可移動(dòng)遺傳元件常被用作水平基因轉(zhuǎn)移的指標(biāo)，其中intI1是ARGs傳播的重要媒介，與ARGs具有很強(qiáng)的相關(guān)性。導(dǎo)電材料具有許多孔隙，其表面定殖的微生物降低了微生物的流動(dòng)性，限制了微生物種群之間的交換遺傳物質(zhì)，抑制可移動(dòng)遺傳元件的流動(dòng)性，而導(dǎo)電材料也能吸附部分胞外ARGs，從而降低水平基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生率。合適的預(yù)處理方法有利于限制抗性基因轉(zhuǎn)移，但并不是所有的預(yù)處理方法都是通過影響intI1來減少ARGs的豐度。由于微生物是MGEs的載體，還可以通過改變微生物的多樣性和組成來降低ARGs垂直基因轉(zhuǎn)移的發(fā)生頻率，間接影響ARGs的豐度。預(yù)處理和厭氧消化過程工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)都可能改變環(huán)境因素（溫度、pH、共消化底物、抗生素濃度以及底物可生物降解性和利用率等），從而直接去除游離的ARGs或改變微生物群落結(jié)構(gòu)以及ARGs和微生物之間的關(guān)系，最終使宿主微生物失活，間接導(dǎo)致系統(tǒng)中ARGs數(shù)量發(fā)生改變。因此，預(yù)處理引起的環(huán)境因素變化對ARGs的去向起決定作用，尤其是胞外ARGs，是通過死亡耐藥菌溶解或活細(xì)胞分泌產(chǎn)生，易受周圍環(huán)境變化影響。

目前，冗余分析、共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析和二元相關(guān)分析等方法已被廣泛應(yīng)用于建立并分析微生物、環(huán)境因子、可移動(dòng)遺傳元件與ARGs之間的關(guān)系。基于這些方法，可推斷出餐廚垃圾中ARGs的潛在宿主以及消除ARGs的深層機(jī)制。總之，添加導(dǎo)電材料及原料預(yù)處理等方法改變了環(huán)境因素、微生物群落結(jié)構(gòu)和可移動(dòng)遺傳元件的數(shù)量，決定了不同ARGs的遷移規(guī)律和去除機(jī)制，這三者相互關(guān)聯(lián)并相互影響。

6、展望

ARGs和耐藥菌廣泛存在于餐廚垃圾中，通過優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)、添加外源導(dǎo)電材料以及原料預(yù)處理等方式可提高餐廚垃圾厭氧消化效率并強(qiáng)化去除ARGs，但目前對不同原料中ARGs在厭氧消化過程的遷移規(guī)律和去除機(jī)制的研究并不全面且存在一定局限性。因此，作為近年來的研究熱點(diǎn)，未來在餐廚垃圾ARGs的遷移規(guī)律和去除機(jī)制進(jìn)一步探索和解析還需要從以下4個(gè)方面加強(qiáng)：①qPCR常被用于定量分析特定ARGs，為了更準(zhǔn)確地追蹤餐廚垃圾中的ARGs和MGEs，需開發(fā)一些更有效的生物信息學(xué)技術(shù)，如宏基因組學(xué)和高通量qPCR；②目前已有強(qiáng)化厭氧消化的方法，但仍無法避免餐廚垃圾中ARGs豐度的反彈且很難去除所有目標(biāo)ARGs，應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)更高效合適的導(dǎo)電添加劑和預(yù)處理策略，以實(shí)現(xiàn)最大化的ARGs去除；③相關(guān)性和網(wǎng)絡(luò)分析已被用于指示ARGs的潛在宿主，但并沒有提供相關(guān)微生物攜帶ARGs的明確證據(jù)，未來需要更深入地探討其內(nèi)在的抗性機(jī)制，明晰不同過程參數(shù)之間的相互作用對AD中ARGs傳播的影響；④開發(fā)低成本高效率的外源添加劑和預(yù)處理方法，以確保餐廚垃圾厭氧消化的經(jīng)濟(jì)性，在提高甲烷產(chǎn)率的同時(shí)最大限度地降低沼渣沼液應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。