蚯蚓堆肥过程中，特定种类的蚯蚓黏液在抑制抗生素抗性基因方面所起的作用常常被忽视

《Bioresource Technology》：Overlooked role of Species-Specific earthworm mucus in antibiotic resistance gene suppression during vermicomposting

　　

曾圆业|杨凤霞|李仲汉|王青|张克强

中国农业与农村事务部农业环境保护研究所，天津300191，中国

摘要

来自动物粪便的抗生素抗性基因（ARGs）对环境和公共卫生构成了严重威胁。蚯蚓堆肥可以减少ARG的传播，但不同蚯蚓种类的黏液在减少ARG传播中的作用差异尚未得到充分理解。本研究探讨了三种蚯蚓（Eisenia fetida、Eudrilus eugeniae、Perionyx excavatus）的黏液如何在不同程度上降低牛粪中的ARGs含量。非靶向代谢组学分析揭示了这些蚯蚓黏液的特异性特征。尽管作用机制各异，但这三种黏液均能降低ARGs的浓度。E. fetida的黏液不仅能有效清除ARGs，还能同时清除宿主细菌中的移动遗传元件（MGEs）；E. eugeniae的黏液则选择性地抑制宿主细菌，从而打破了ARG与MGE之间的关联；而P. excavatus的黏液则同时表现出这两种作用。每种蚯蚓的黏液都独特地改变了粪便中的微生物群及其功能相互作用网络，体现了其对生态系统的高度特异性调控作用。这些发现表明，蚯蚓黏液是调控ARG命运的关键因素，其种间差异可能是导致不同生态效应的原因。这为废物管理中的生物干预措施提供了新的思路。

引言

抗生素抗性基因（ARGs）是广泛存在的环境污染物，对全球公共卫生构成严重威胁（Zhao等人，2025b）。畜牧业是ARG传播的主要源头，因为施用于动物的抗生素会随粪便一起排出（Zhang等人，2025a）。未经处理的粪便直接施用于农田会将其中的ARGs带入土壤和水中，从而增加环境中抗性基因的积累，并可能为临床传播创造条件（Ding等人，2025；Khmaissa等人，2024）。移动遗传元件（MGEs），如整合子和质粒，通过促进细菌间的水平基因转移（HGT）加剧了这一危机，尤其是在养分丰富的环境中（Lang等人，2025；Lin等人，2023；Maddamsetti等人，2024）。因此，迫切需要开发有效的修复策略来减少动物粪便中ARGs的释放。

蚯蚓堆肥利用蚯蚓将有机废物转化为富含养分的肥料，已被证明是有效降低动物粪便中ARGs含量的方法，其效果通常优于传统堆肥（Li等人，2025a；Li等人，2025b）。这种效果归因于蚯蚓引起的微生物群落变化以及可能阻碍HGT的过程（Zhao等人，2025a）。然而，现有研究存在局限性：大多数研究仅使用单一蚯蚓物种（通常是Eisenia fetida），尽管有证据表明不同种类的蚯蚓具有不同的微生物群，并且在去除ARGs的能力上也存在差异（Yang等人，2025）。此外，现有研究多关注最终结果，而对蚯蚓产生的特定因素（尤其是体表黏液）的作用机制了解不足，而黏液正是蚯蚓与微生物相互作用的主要界面。

蚯蚓黏液是一种复杂的生物活性分泌物，含有丰富的抗菌肽、酶和代谢物（Guhra等人，2020；Huan等人，2023）。它不仅具有物理润滑作用，还具有强大的生物调节功能，能够直接影响微生物群落的结构和功能（Wang等人，2024）。其成分和生物活性可能因物种而异（Kooch等人，2025），这意味着不同种类的蚯蚓黏液可能引导不同的微生物演替路径和功能表现，包括对ARGs动态的影响（Lin等人，2025a；Liu等人，2025）。因此，蚯蚓黏液的这种差异性可能是导致不同物种在减少ARGs效果上存在差异的关键因素。明确这种种间差异性如何影响粪便微生物群并进而通过不同生态途径调节ARGs的减少机制，对于改进蚯蚓堆肥策略和发现新的减少方法至关重要。

为了解决这些知识空白，研究假设不同种类的蚯蚓黏液通过影响MGE的传播机制，从而改变化微生物群的结构和功能，从而导致不同的ARGs减少效果。为此，进行了为期30天的实验：在牛粪中添加了来自三种常见蚯蚓（Eisenia fetida、Eudrilus eugeniae、Perionyx excavatus）的黏液。通过qPCR监测ARGs和MGE的动态变化，利用16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学技术分析微生物群落的变化和功能变化。这一方法能够区分黏液的具体作用，为我们理解黏液对ARGs和MGE动态的影响提供了依据，有助于设计针对动物粪便中ARGs传播的干预措施。

节选内容

材料与方法

三种蚯蚓（Eisenia fetida、Eudrilus eugeniae和Perionyx excavatus）均购自中国江苏省的一家商业蚯蚓养殖场。实验前，所有蚯蚓在实验室条件下至少适应了两周。适应期间在完全黑暗环境中（25?±?1°C）以分解后的牛粪为基质进行培养，保持适当的湿度以确保它们的健康和适应实验环境。

实验所用牛粪来自...

不同种类的蚯蚓产生具有差异性的黏液成分

对三种蚯蚓（Eisenia fetida、Eudrilus eugeniae和Perionyx excavatus）的黏液进行非靶向代谢组学分析，共检测到2,431种代谢物。主成分分析（PCA）清晰地显示了这三种蚯蚓的代谢特征差异（图1a），前两个主成分（PC1和PC2）分别解释了59.1%和36.6%的总变异，表明它们之间存在显著差异。

结论

研究表明，蚯蚓黏液是调节动物粪便中抗生素抗性基因动态的关键因素。Eisenia fetida、Eudrilus eugeniae和Perionyx excavatus的黏液具有不同的代谢特征，并分别与不同的抗性基因减少模式相关：前者表现为协同清除效应，后者表现为宿主相关的解耦作用，后者则表现出复合抑制效应。这些种间差异性与...

作者贡献声明

曾圆业：撰写初稿、数据可视化、软件应用、实验设计、数据整理。杨凤霞：撰写、审稿与编辑、验证、项目管理、方法设计、资金申请、概念规划。李仲汉：软件应用、实验设计。王青：软件应用、实验设计。张克强：撰写、审稿与编辑、项目管理。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了天津市自然科学基金（23JCYBJC00250）、国家自然科学基金（42277033）、云南省基础研究基金会（202401AT070304）以及中央公益性科研机构基本科研业务费（Y2024QC28）的资助。