某冶炼厂周围农田土壤中抗生素抗性基因分布及其影响因素

摘要

目的 描述某冶炼厂周围农田土壤中抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes，ARGs）和可移动遗传元件（Mobile Genetic Elements，MGEs）的分布，并研究该农田土壤中抗生素、重金属、细菌群落等因素对ARGs分布的影响。 方法 1.采用高通量荧光定量PCR（High-throughput quantitative PCR，HT-QPCR）对8类共310种抗生素抗性基因（Antibiotics Resistance Genes，ARGs）和9种可移动遗传元件（Mobile Genetic Elements，MGEs）进行相对定量分析。以16S rDNA基因为内参，用ΔCT 方法计算相对丰度。 2. 采用超高效液相色谱-串联质谱检测该地农田土壤中5种抗生素（磺胺嘧啶、诺氟沙星、罗红霉素、四环素和氯霉素）的浓度；同时对土壤中 8 种重金属含量和5种理化性质进行检测。 3.运用DGGE方法和Illunima Miseq方法分别分析土壤可培养细菌群落和总细菌群落。 4. Excel 2010整理数据，SPSS 21.0分析数据的正态性。用SPSS 21.0进行主成分分析（principal component analysis，PCA）以及聚类分析（clustering analysis），用 Canoco5.0 软件和 R 软件进行冗余分析（redundancy analysis，RDA）。基于Spearman秩相关R2> 0.65和P< 0.05，采用Gephi进行网络分析。运用Pearson相关和Spearman秩相关分析抗生素、重金属、理化性质含量和可培养细菌总数与ARGs及MGEs相对丰度之间的相关性。 结果 1. ARGs和MGEs分布的检测 7个土样总共检出149种ARGs，检出阳性率最高的是FCA类抗性基因，为77.8%，其次是氨基糖苷类抗性基因和磺胺类抗性基因，阳性率分别为61.1%，60.0%。距离工厂最远的G7土样检出的ARGs种类最多，为90种。7个土样中ARGs的相对丰度总和范围在1.09×10?2~3.63×10?1。在距离工厂最近的G1土样中，ARGs相对丰度总和为3.63×10?1，远高于其它土样。7个土样以磺胺类抗性基因的相对丰度总和最高，为3.44×10?1。 网络分析显示有13种万古霉素类抗性基因、14种四环素类抗性基因、3种磺胺类抗性基因、23种β-内酰胺类抗性基因、22种氨基糖苷类抗性基因、22种MLSB类抗性基因、21种FCA类抗性基因、30种其它/外排泵类抗性基因和5种MGEs的相对丰度之间存在关联（P<0.05)。 2. 抗生素和重金属含量测定 磺胺嘧啶、诺氟沙星、罗红霉素、四环素在 7 个土样中均被检出，氯霉素未检出。四环素含量在G7土样最高，为1738.534 μg/kg，高于其它抗生素含量。除了Ni和Cr无污染外，6种重金属（镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、铜（Cu）、锌（Zn））均存在超标现象。G1土样重金属污染最严重。 3. 细菌群落结果检测 7 个土样的可培养细菌总数范围在 1.67×105~8.33×105个/g之间。DGGE 分析可培养细菌群落，发现11个优势菌属，属于变形菌门和厚壁菌门。主成分分析和聚类分析表明，G1 和G2可培养细菌群落结构相似，与其它土样有差异。RDA显示，四环素含量和Cu含量能够影响可培养细菌的群落结构（P<0.05）。 Illumina分析土壤总细菌群落，发现变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门的丰度较高。装甲菌门、迷踪菌门、绿菌门和拟杆菌门的丰度在7个土样中存在差异（P值均小于0.05)。热图显示，G1和G2土壤总细菌群落的优势菌属相似，与其它土样差异较大。RDA分析显示，四环素浓度和Cd、Pb、As、Hg、Cu、Zn含量对土壤总细菌群落结构有影响（P值均小于0.05)。 4. 抗生素、重金属、理化性质含量对ARGs和MGEs分布的影响 Pearson相关和Spearman秩相关分析发现，4种抗生素（磺胺嘧啶、诺氟沙星、罗红霉素、四环素）含量共与26种基因（25种ARGs、1种MGE）的相对丰度相关。8种重金属含量共与33种基因（30种ARGs、3种MGEs）的相对丰度相关。5种理化性质（总磷、总氮、有机质、pH、含水率）共与36种基因（34种ARGs、2种MGEs）的相对丰度相关。 5. 细菌群落结构对ARGs和MGEs分布的影响 可培养细菌总数与7种ARGs（mphA-01、adeA、mexE、mexF、oprJ、vatE-01、yceL/mdtH-01）的相对丰度相关。总细菌群落结构分析发现 39 种细菌菌门丰度与71种基因（67种ARGs、4种MGEs）相对丰度相关（P值均小于0.05）。 6. 抗生素、重金属含量及细菌群落结构对ARGs和MGEs分布影响的比较共有 87 种 ARGs的相对丰度与土壤抗生素含量、重金属含量、理化性质、可培养细菌总数或细菌菌门丰度相关。5 种因素各自单一作用下影响了 36 种ARGs的相对丰度，受两种及两种以上因素作用影响的ARGs种类数有51个。其中，单一受“细菌菌门丰度”因素影响的ARGs种类数最多，达25种（25/87，28.74%）。细菌菌门丰度与其他影响因素共同作用，又影响了另外 42 种 ARGs的相对丰度，合计细菌菌门丰度共影响了67种ARGs的相对丰度，占ARGs总种类数的77.01%。单一受抗生素含量、重金属含量和理化性质等因素影响的ARGs种类数比较少，分别是4、1、3种，远远小于它们各自与其他因素联合作用时影响的ARGs种类数（分别是21、29、31种）。 结论 1. 该农田土壤中检出ARGs的阳性率以FCA类抗性基因最高，其次是氨基糖苷类抗性基因和磺胺类抗性基因，相对丰度总和最高的是磺胺类抗性基因。各 ARGs 相对丰度与土壤总细菌群落结构、抗生素含量、重金属含量、理化性质和可培养细菌总数等因素有关，受土壤总细菌群落结构影响的ARGs 种类数最多。 2. 土壤抗生素、重金属、理化性质和可培养细菌总数等因素可独自影响某些 ARGs的分布，但更多可能是通过影响土壤总细菌群落结构实现对 ARGs 分布的影响。

目录

第一个书签之前

OLE_LINK56

OLE_LINK69

OLE_LINK72

OLE_LINK81

OLE_LINK82

OLE_LINK42

OLE_LINK32

OLE_LINK18

OLE_LINK30

OLE_LINK15

OLE_LINK2

OLE_LINK3

OLE_LINK8

OLE_LINK5

OLE_LINK10

OLE_LINK1

OLE_LINK66

OLE_LINK22

OLE_LINK28

OLE_LINK29

OLE_LINK26

OLE_LINK27

OLE_LINK36

OLE_LINK59

OLE_LINK19

OLE_LINK40

OLE_LINK16

OLE_LINK17

OLE_LINK92

OLE_LINK64

OLE_LINK65