土壤環(huán)境中土霉素糞肥施用引起的抗性基因污染特征及機理淺析.pdf

1、為了更好地掌握農(nóng)用土壤環(huán)境中低濃度抗生素長期脅迫引起的ARGs污染特征、給生態(tài)安全評估提供重要的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)支撐，本論文以四環(huán)素類抗生素抗性基因作為主要研究對象，采用實驗室模擬的方式研究了土壤環(huán)境中三種四環(huán)素類抗生素的暴露引起的抗性基因豐度變化;以土霉素為例，探究了抗生素濃度與糞肥施用方式對抗性基因產(chǎn)生的影響。此外，通過群體感應(yīng)抑制劑的投加對土壤環(huán)境中抗性基因污染形成的群體感應(yīng)機理進行了剖析。本研究所獲得的主要結(jié)果如下:
　　(

2、1)三種不同四環(huán)素類抗生素，隨著糞肥施用進入土壤后，呈現(xiàn)持續(xù)消減的現(xiàn)象，140 d內(nèi)消減率均達(dá)90％，且三種抗生素在土壤環(huán)境中的消減規(guī)律沒有顯著性差異(p＞0.05）。聚類分析表明四環(huán)素類抗生素特別是金霉素的暴露顯著影響了土壤環(huán)境中微生物的群落結(jié)構(gòu)，多樣性分析表明土霉素和四環(huán)素處理組之間種群多樣性和均勻性不存在顯著性差異(p＞0.05）。雖然抗性基因tet(A)，tet(L)，tet(M)，tet(Q)產(chǎn)生豐度存在差異但均呈現(xiàn)先增后減的

3、趨勢，且豐度均在10-5～10-3范圍;三種抗生素暴露下，tet(L)，tet(M)的豐度沒有顯著的差異，而tet(A)，tet(Q)豐度存在一定差異，但均高于對照組(p＜0.05）。
　　(2)不同濃度的土霉素在土壤中的消減率基本維持在50％左右，反復(fù)施用不同濃度的土霉素糞肥都造成了土壤環(huán)境中土霉素的累積。三種低濃度土霉素糞肥反復(fù)添加，對土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)影響較小，且對微生物種群多樣性亦未造成顯著影響(p＞0.05）。基因te

4、t(M)和tet(Q)豐度與土壤中土霉素的殘留濃度具有顯著的相關(guān)性(R2=0.965，p＜0.01和R2=0.932，p＜0.01)。當(dāng)土霉素濃度小于40μg/kg，tet(A)和tet(L)豐度隨土霉素殘留濃度累積緩慢增加;當(dāng)土霉素濃度大于40μg/kg，tet(A)和tet(L)豐度顯著增加。
　　(3)糞肥投加頻次的差異顯著影響土壤中土霉素的積累。處理140 d后140 d/次、28 d/次和14 d/次投加頻次組中土霉素殘

5、留濃度分別為65.05μg/kg、137.78μg/kg和315.50μg/kg。投加相同濃度的土霉素情況下，投加頻次越高，其在土壤中的殘留濃度越高。三種土霉素糞肥投加頻次處理對土壤中微生物群落結(jié)構(gòu)沒有顯著影響。對于tet(A)和tet(L)而言，投加頻次越多，其豐度累積越高;對于tet(M)和tet(Q)而言，14d/次投加頻次豐度最高，而28d/次的投加頻次下基因豐度最低。三種糞肥投加頻次處理下，土霉素殘留濃度和四種抗性基因豐度均沒

6、有顯著的相關(guān)性。糞肥的施用方式是影響TRGs豐度變化的另一個重要因素，需要合理控制糞肥施用頻率。
　　(4)土壤環(huán)境中4-NPO和3，4-二溴-2(5H)-呋喃酮這兩種群體感應(yīng)抑制劑的投加確實能干擾AHEs類信號分子的分泌，群體感應(yīng)抑制劑4-NPO和鹵代呋喃酮對于土壤中信號分子C4-HSL、C6-HSL和C8-HSL降解顯著，但對3-oxo-C6-HSL降解作用不明顯。抑制劑處理組投加抑制劑前后和對照組CK2相比抗生素消減率均沒有

7、顯著性差異(p＞0.05），群體感應(yīng)抑制劑對土壤中土霉素的消減不存在作用。兩種抑制劑的添加均能引起土壤微生物移動元件intI1豐度的衰減，但連續(xù)的4-NPO處理后效果最為顯著。這說明群體感應(yīng)可以通過影響基因水平轉(zhuǎn)移進而影響土壤中抗性基因豐度的變化。4-NPO的投加顯著降低了外排泵基因(tet(A)和tet(L))的豐度，但對核糖保護蛋白基因(tet(M)和tet(Q))豐度的影響不大;鹵代呋喃酮的連續(xù)投加使得tet(L)和tet(Q)基