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项目文章 | Science of the Total Environment:浙江科技学院鲁祎 揭示长期使用沼液增加抗生素在土壤中的积累和抗生素耐药基因的传播

作者:南京维百瑞生物科技有限公司 浏览:60 发表时间:2020-12-03 14:16:59

      由抗生素耐药基因(ARGs)在自然环境中的传播和聚集导致的抗生素耐药性危机不断升级,已被世界卫生组织(WHO)认定为21世纪最大的全球公共卫生问题之一。由于过度使用抗生素促进生长、治疗感染和疾病预防,畜牧业已被报告为ARGs传播的热点。动物粪便通常用于土壤,这可能会促进抗生素耐药性通过食物链从土壤传播到人类。沼液是畜禽粪便厌氧消化的最终产物,在农业土壤中被广泛用作肥料。然而,长期施用沼液对土壤抗药性的影响及其机制尚不清楚。

 

      近日,浙江科技学院 鲁祎 老师在期刊Science of the Total Environment(IF=6.5)上发表论文“Long-term biogas slurry application increased antibiotics accumulation and antibiotic resistance genes (ARGs) spread in agricultural soils with different properties”,文章揭示了长期施用沼液增加了抗生素的积累和抗生素抗性基因在不同性质的农业土壤中的传播。


 

浙江科技学院鲁祎老师为本文第一作者,文章中磺胺类药物和四环素类药物分析由南京维百瑞生物科技有限公司完成

 

实验结果

 

长期施用沼液对不同农业土壤中抗生素浓度和精氨酸含量的影响

 

        在所有土壤样品中均可检测到磺胺类和三环素类物质,而磺胺噻唑和磺胺甲氧基吡嗪均未检出。磺胺嘧啶和四环素在所有采样点的土壤中均保持在较低浓度(0.03~1.98μg/kg)。泥浆改良土壤中金霉素和土霉素的含量显著高于对照土壤(p<0.01)。长期施用沼液显著提高了HZ、TZ、JH-2和JH3土壤中金霉素和土霉素的含量。


五个田间试验点长期施用沼液前后不同农业土壤中的抗生素残留

 

长期施用沼液对土壤细菌群落的影响及其与精氨酸丰度剖面的相关性

 

        长期施用沼液可显著提高土壤细菌群落的多样性、丰富度和总生物量。考虑所有土样,也发现了显著的相关性。为了进一步阐明特定的arg亚型与微生物分类群之间的关系,对沼液改良土壤中的args相关细菌进行了网络分析。在土壤中检出的14个arg亚型(TETG-01、TETW、TETC、TETO、TETQ、AADA-01、AADA-02、AAPA1、SUL1、SUL2、ERMB、ERMX、ERMF和QacEΔ1)与土壤中12个属水平细菌的相对丰度之间存在显著的相关性。具体地说,携带四环素和/或MLSB抗性基因的潜在宿主主要是楚杰氏杆菌属、芽孢杆菌属、东贾杆菌属、盖拉细菌属和三分孢杆菌属,其中可能携带磺胺类和氨基糖苷类抗性基因的细菌属于双胞菌属,属于双歧单胞菌属的细菌可能携带有四环素类和/或MLSB抗性基因。

 

田间试验点土壤细菌群落(16S rRNA基因OTUS数据)与相对丰度的相关性

 

        本研究综合评估了长期施用沼液(8-18年)对不同性质农业土壤中抗生素浓度和精氨酸丰度的影响,并进一步揭示了相关机制。很明显,长期施用沼液大大增加了两种四环素残留(土霉素和金霉素)的浓度。大大增加了土壤中精氨酸的含量,尤其是氨基糖苷类、四环素类、磺胺类和多药耐药基因。RDA分析表明,长期施用沼液土壤中ARG水平的增加主要是由于四环素浓度的增加以及转座酶基因(Tn916/1545)和ARG相关细菌的大量存在。扫描电镜分析进一步表明,长期施用沼液土壤中的精氨酸相关细菌直接影响精氨酸的组成,四环素类和Tn916/1545可能通过影响精氨酸相关细菌间接影响精氨酸。

 

        总的来说,长期施用沼液导致四环素类药物在农业土壤中积累和ARGs富集,四环素类药物的选择压力和Tn916/1545丰度的增加可能通过促进ARG相关细菌的富集而成为增加土壤抗生素抗性的潜在因素。

 

 


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