施用粪肥对紫色土抗生素抗性基因丰度和多样性的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 程建华 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 唐翔宇 |
| 关键词 | 抗生素抗性基因 粪肥 紫色土 高通量定量PCR 基因水平迁移 |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 其他题名 | Impacts of manure application on the abundance and diversity of antibiotic resistance genes in the purple soil |
| 英文摘要 | 作为一种新型的环境污染物，抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）的快速传播及其被人类致病菌的获取已在全球范围内引起极大关注。养殖业中抗生素的滥用导致畜禽粪便中通常含有大量抗生素、抗生素抗性基因和可移动遗传元件(mobile genetic elements, MGEs)残留。因此，粪肥的土地利用在提升土壤肥力的同时，也会增加土壤微生物的选择压力，促进抗生素抗性基因在土壤中的扩散。紫色土是四川盆地主要的耕地土壤类型，其团聚结构差，易侵蚀。这些特点使得粪肥施用不仅可能导致土壤中的抗生素耐药性扩散，而且可能对下游受纳环境造成污染。然而，关于施用粪肥对紫色土中抗生素抗性基因分布特征的影响还鲜有报道。因此，本研究利用296对聚合酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）引物（包括285对ARGs引物，10对MGEs引物和16S rRNA基因引物），采用高通量定量PCR技术，调查了紫色土丘陵区农村环境的不同介质（土壤、沉积物、地表水）中抗生素抗性基因的赋存情况；进一步以石灰性紫色土坡耕地长期施肥试验小区为研究对象，分析施用猪粪对土壤中抗生素抗性基因分布特征的影响；而后，采用温室盆钵培养实验研究了施用粪肥紫色土中抗生素抗性基因的丰度和多样性随时间的变化规律。主要研究结果如下：（1）在紫色土丘陵区典型农村环境中的地表水、土壤和沉积物样品中共检出163种ARGs和10种MGEs，其中，以多重耐药类、氨基糖苷类和β-内酰胺类占比最高。沉积物和土壤样品中的ARGs丰度和多样性均较为接近，而水样最低。水样和沉积物样品中抗性基因丰度呈显著相关，表明沉积物可能是农村环境中的抗性基因储存库。主坐标分析表明，土壤样品中ARGs的分布特征与沉积物样品、水样没有明显差异，但水样和沉积物样品之间的差异显著(Adonis检验, P < 0.05)。网络结构分析结果表明，全部样品中多种ARGs间存在共现关系，blaOXA10-02、blaPSE、lnuB-02和qacEdelta1-01基因可作为指示基因用于预测研究区内样品的ARGs总丰度。研究区内丰富且普遍存在的可移动遗传元件，并发现其与抗生素抗性基因丰度存在显著的相关关系，说明紫色土丘陵区农村地表环境中发生抗生素抗性基因水平迁移的可能性较大。（2）在长期施肥紫色土坡耕地土壤中共检出139种ARGs和6种MGEs，其中，多重耐药类和β-内酰胺类抗性基因是最主要的ARGs。主坐标分析结果表明，猪粪与化肥配施处理（OMN和OMNPK）土壤中ARGs的分布特征与对照处理土壤相似，但均与单施猪粪处理（OM）土壤明显不同。单施猪粪明显降低了土壤中ARGs的丰度和数量。施肥对紫色土中细菌群落结构有明显影响。相关分析结果表明，紫色土中ARGs丰度与重金属有效态含量和总量不相关,ARGs组成与土壤微生物群落结构之间也不存在相关关系；但是，不同ARGs之间以及ARGs与MGEs间存在显著的正相关关系。上述结果说明，长期施用猪粪并没有提高紫色土中的抗生素抗性基因水平，但石灰性紫色土中抗生素抗性基因发生水平迁移的潜在可能性不容忽视。（3）通过盆钵培养实验，我们研究了施用猪粪和鸡粪后紫色土中ARGs、MGEs和细菌群落结构随时间的变化规律。施用猪粪明显提高了紫色土中ARGs和MGEs的丰度和多样性，而鸡粪的添加并没有对紫色土中ARGs水平造成影响，仅略微增加了施肥土壤中ARGs的数量。施猪粪后土壤中ARGs的丰度和数量随时间推移逐渐降低，但在实验结束时（第100天）仍然高于对照不施肥处理。土壤细菌中粪源菌所占比例表现出与ARGs相同的时间变化规律。Mantel检验和冗余分析结果表明，土壤中细菌群落结构与ARGs组成显著相关。变差分解的结果表明，细菌群落是施肥后土壤中ARGs丰度变化的主导驱动因子。抗生素抗性基因丰度与可移动遗传元件丰度之间呈显著的正相关关系，说明基因水平迁移对抗生素耐药性在施粪肥土壤中传播和扩散的潜在贡献不容忽视。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 159 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33971]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 程建华. 施用粪肥对紫色土抗生素抗性基因丰度和多样性的影响[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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