四环素类抗性基因在土壤-蔬菜中的赋存迁移特征及影响因素

来源 :沈阳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sylviawan
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抗生素(Antibiotics)大多是细菌、霉菌等微生物产生的次级代谢产物或人工合成的类似物,因其具有良好的杀菌消炎功效,被广泛应用于各大领域。在农业畜禽养殖中,一些抗生素不但可以降低动物患病率,还具有一定促进动物生长的能力。因此,自上个世纪50年代开始,抗生素作为兽药和生长促进剂被广泛应用于畜牧养殖领域。但由于抗生素的过量使用,畜禽动物体内未完全代谢的抗生素会随粪便排泄物进入环境。当环境中抗生素含量超标时,原生微生物群落会受到严重干扰与胁迫,并促使抗生素抗性菌及其携带的抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)丰度大幅度提高。农田土壤中ARGs可能会通过蔬菜内生菌介导的水平基因转移进入植物体内,随之将有可能通过食物链严重危害人类健康。为了明确土壤中ARGs对环境污染的风险和人类健康的危害,本研究对辽宁省主要设施农业集散地大棚土壤ARGs与可移动元件(Mobile genetic elements,MGEs)的分布特征及其相关性进行定性定量分析;并在此基础上以四环素类抗生素抗性基因(Tetracycline Resistance Genes,TRGs)为研究对象,以樱桃萝卜、小白菜和生菜作为蔬菜样本,分析典型TRGs在土壤-蔬菜系统中的分布特征及其与可移动元件(MGEs)在基因转移上的相关互作;以及不同土壤类型、不同TRGs胁迫压力对土壤-蔬菜系统中TRGs的分布迁移的影响。通过以上研究,得出如下结论:(1)辽宁省主要设施农业集散地大棚土壤中ARGs和MGEs的分布特征存在较大差异。庄河土壤样品ARGs的相对丰度最大,沈北土壤样品ARGs的相对丰度最小;沈北土壤样品MGEs的相对丰度最大,兴隆台土壤样品MGEs的相对丰度最小。ARGs抗性机制主要体现为细胞保护与细胞外排泵。部分ARGs与MGEs(IS613、tnp A-02、tnp A-03、tnp A-04、tnp A-07)呈显著正相关(p<0.05),MGEs可能会增大土壤-蔬菜系统中ARGs水平基因转移风险。(2)四环素抗性菌菌液的添加会明显增加土壤-蔬菜系统中TRGs、MGEs的相对丰度,在蔬菜中TRGs与MGEs的相对丰度表现为:根部>茎叶部。蔬菜根系状态会明显影响TRGs的相对丰度及分布,樱桃萝卜根际土壤中TRGs相对丰度>非根际土壤TRGs相对丰度,小白菜及生菜的根际土壤TRGs相对丰度<非根际土壤TRGs相对丰度。在土壤及蔬菜系统中部分TRGs与MGEs呈显著正相关关系(p<0.05)。(3)在添加不同浓度外源菌液的土壤中土培樱桃萝卜及小白菜,其土壤及蔬菜中TRGs的分布特征不同。在蔬菜的不同生长阶段,TRGs及MGEs的分布特征存在差异。土壤系统中,30 d樱桃萝卜根际土壤中TRGs的相对丰度高于15 d,30 d小白菜土壤中TRGs的相对丰度低于15 d。不同土壤类型土培的樱桃萝卜和小白菜,其土壤和蔬菜中TRGs的分布特征不同。樱桃萝卜TRGs与MGEs在棕壤根际土壤中的相对丰度大于黑土根际土壤;黑土中樱桃萝卜根部TRGs与MGEs的相对丰度大于棕壤中樱桃萝卜根部TRGs与MGEs的相对丰度。综上所述,因长期施用畜禽粪便有机肥,辽宁省主要设施农业集散地大棚土壤ARGs污染严重。并且在土壤-蔬菜系统中均能检测到TRGs和MGEs,且TRGs会伴随MGEs的迁移向蔬菜系统中转移。随着TRGs胁迫压力的增大会增加TRGs向蔬菜可食部分的迁移与积累,但不同土壤类型对TRGs的迁移分布表现出不同影响。因此,应加强对环境中TRGs的研究与监控,降低TRGs污染风险。
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