土霉素对室内抗生素-粪便-土壤模型中反硝化群落响应机制研究
作者单位：华南农业大学兽医学院/国家兽药安全评价(环境评估)实验室/广东省兽药研制与安全评价重点实验室
会议名称：《中国畜牧兽医学会兽医药理毒理学分会第十五次学术讨论会》
会议日期：2019年
学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程]
摘 要：[目的]随着畜牧业的发展,我国抗生素使用量日益增多。而抗生素被动物体摄入后大部分以原型或代谢产物的形式经粪尿等排泄物进入到环境中。反硝化是氮循环的重要组成部分,这一过程正受到环境中抗生素残留的干扰。为了评估土霉素残留对环境中反硝化微生物群落的影响,本实验通过构建室内施粪菜地土壤的土霉素胁迫模型,对不同浓度土霉素条件下土壤中微生物结构、功能多样性以及反硝化主要功能基因的响应特征及过程进行系统研究。[方法]设置空白组、低浓度组(20μg/kg)、中浓度组(200μg/kg)和高浓度组(2000μg/kg),分别在1、7、14、30、60天采集土壤样品,运用实时荧光定量法检测各主要反硝化功能基因的丰度,通过T-RFLP技术分析反硝化功能基因多样性变化,使用HiSeq4000 PE150测序平台进行宏基因组测序研究菌群结构和功能多样性变化。[结果]低、中浓度土霉素对携带nirS、nirK基因的反硝化菌群有促进作用,而高浓度则表现为抑制作用。nosZ基因丰度在前30天无明显变化,而30天后则呈增加趋势。对nirS、nosZ进行末端限制性片段长度多态性分析,发现土霉素对土壤中携带有nirS、nosZ基因的优势片段无明显变化,而携带nirS基因的反硝化优势片段在后期发生了变化。对第1、30天各浓度土霉素胁迫下的土壤样品进行高通量测序,菌群注释结果显示,土壤中门水平优势细菌有变形杆菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及厚壁菌门(Firmicutes)。而放线菌门(Actinobacteria)在第30天的相对丰度有所上升。功能注释结果表明第1天的碳水化合物代谢能力比第30天的强,而土霉素各浓度对其影响并不大,说明土壤中鸡粪的添加可能对微生物碳代谢的影响更大。另外,反硝化代谢功能第30天比第1天强,在反硝化通路中硝酸还原酶相对丰度最高,土霉素处理组的硝酸还原酶相对丰度亦比空白组高。此外,亚硝酸还原酶、一氧化二氮还原酶的相对丰度在第30天都有所上升,说明反硝化酶的表达可能受多种因素的共同影响。[结论]这些结果表明长期施加含有土霉素的畜禽粪便对土壤中氮肥会造成损失,甚至接抑制土壤菌群的生长,对土壤微生物造成破坏。