强力霉素和五氯酚复合污染土壤中微生物降解机制研究

摘要

兽用抗生素与有机氯农药在土壤环境中广泛存在，一直是生态学研究的热点，但二者在土壤中互作的效应目前还鲜有报道。本文以强力霉素（Doxycycline, DOX）和五氯酚（Pentachlorophenol , PCP）为目标物，研究兽用抗生素与有机氯农药共存时对其降解效率的影响，并通过土壤微生数量、群落结构以及主要的功能微生物活性的研究，揭示土壤兽用抗生素与有机氯农药互作的微生物学机制。为提出兽用抗生素与有机氯农药复合污染的治理方案，提供理论基础与数据支撑。　　本论文设3个DOX浓度（0、4.8和12.8mg/kg ），3个PCP浓度（0、6.4、10.7mg/kg）。共10个处理，空白土壤组（CK）、空白土壤+空白猪粪组（A0）、低DOX组（A1）、低DOX低PCP组（A1B1）、低DOX高PCP组（A1B2）、高DOX组（A2）、高DOX低PCP组（A2B1）、高DOX高PCP组（A2B2）、低PCP组（B1）、高PCP组（B2），每个处理设3个重复。分别于0、1、3、5、8、13、18、24、45天采样，采用高效液相色谱、荧光定量PCR、16s rRNA测序技术等，检测土壤中强力霉素浓度、五氯酚浓度、基本理化性质、土壤细菌数量、四环素类耐药基因含量、细菌群落结构及酶活等，研究PCP对DOX以及DOX对PCP降解的影响及微生物学机制。主要研究结果如下：　　（1）当初始DOX浓度为4.8mg/kg，A1、A1B1和A1B2组DOX降解半衰期分别为20.92d、21.41d和 23.97d，高初始PCP浓度会显著抑制DOX的降解（P＜0.05）；当初始DOX浓度为12.8mg/kg，A2、A2B1和A2B2组 DOX降解半衰期分别为23.64d、24.74d和 27.41d，高初始PCP浓度同样会显著抑制DOX的降解（P＜0.05）。　　（2）高浓度PCP残留会显著抑制细菌数量和脲酶活性（P＜0.05），降低紫单胞菌科（ Porphyromonadaceae ）和乳杆菌属（ Lactobacillus ），增加鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和芽孢杆菌（Bacillaceae）的相对丰度。　　（3）当强力霉素浓度为4.8mg/kg时，高初始PCP浓度显著降低tetA、tetM、tetQ和tetX的含量，低初始PCP浓度显著降低tetQ含量（P＜0.05）。PCP残留对土壤pH、电导率、总氮、有机质、微生物碳氮影响不显著（P＞0.05）。　　（4）当初始PCP浓度为6.4mg/k g，B1、A1 B1和A2B1组的 PCP降解半衰期为11.03d、11.41d 和13.61d，高浓度DOX残留会显著抑制土壤PCP的降解（P＜0.05）；当初始PCP浓度为10.7mg/k g， B2、A1 B2和A2 B2组PCP降解半衰期为12.07d、11.46d和14.11d，高浓度DOX残留同样会显著抑制土壤PCP的降解（P＜0.05）。　　（5）DOX残留显著增加土壤细菌数量以及脲酶、过氧化氢酶活性（P＜0.05），提高pH、电导率以及总氮、有机质和微生物碳氮含量（P＜0.05），高浓度强力霉素残留降低土壤鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和芽孢杆菌属（Bacillaceae）的相对丰度。　　综上所述，在本实验条件下，高初始PCP浓度可能是通过抑制细菌数量，改变微生物群落和活性来抑制强力霉素的微生物降解，同时耐药基因数量也相应下降；高初始DO X浓度可能是通过改变微生物群落结构来抑制五氯酚的微生物降解过程。

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