微塑料-抗生素对水环境中耐药基因及微生物群落结构的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 王珊珊 |
| 答辩日期 | 2020-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张道勇 ; 潘响亮 |
| 关键词 | 微塑料 抗生素 ARGs 微生物群落结构 Microplastics Antibiotics ARGs Microbial community structure |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Effects of microplastics-antibiotics on antibiotic resistance genes and microbial community structure in aquatic environment |
| 英文摘要 | 微塑料是自然环境中普遍存在的污染物，而大量的微塑料污染及其携带的化学污染物质可能对水环境生态系统造成危害， 微塑料还可以作为细菌群落的栖息地、传播载体。抗生素作为水环境中的一类新型污染物，也会吸附到塑料表面，并在水动力作用下长距离迁移，造成抗生素、耐药菌及抗生素抗性基因（ARGs）的全球分布及对水生生物引发复合毒性。然而目前关于微塑料-抗生素复合污染物对水体中微生物群落结构的影响方面的研究较少。本论文研究了不同水域环境中微塑料对抗生素的吸附行为以及对耐药菌和 ARGs 的富集、迁移和转化行为，还通过 16S rRNA 高通量测序的方法研究了二者复合污染物对斑马鱼肠道微生物的影响作用，同时探讨了微塑料-抗生素复合污染物在食物链（丰年虾→斑马鱼）中对斑马鱼肠道微生物群落结构的影响。本论文主要的研究成果如下：（1）利用石英晶体微天平探讨了聚乙烯（PE）对抗生素的吸附作用。研究发现 PE 膜对红霉素的吸附量最多， 可达 6.5µg/cm2。另外吸附作用会随着盐度的升高而减弱， 这可能是因为钠离子或者其他阳离子也会吸附到物质表面，与污染物造成竞争吸附。（2）通过比较三种不同盐度的水体中（河水、河口水和海水体系） PE 微塑料对四种抗生素（磺胺甲基嘧啶、罗红霉素、四环素、泰乐菌素）的吸附作用，探讨在这四种抗生素的作用下，水体和 PE 上 ARGs、微生物群落变化情况。结果表明， PE 微塑料可以选择性的富集水体中的抗生素、 ARGs 和微生物。在四种抗生素的压力下， PE 微塑料与其周围水体的 ARGs 和细菌群落结构的分布具有显著性差异。相对于河口水和海水来说， PE 在河水体系中可以富集更多的ARGs。总体上， PE 微塑料上细菌的 α-多样性在河水体系中有所升高，而在河口水和海水体系中则降低，然而水体样本则表现出相反的规律。（3） 采用实时荧光定量 PCR 技术测量了底泥和 PVC 上 ARGs 的含量。 相比底泥， PVC 微塑料可以富集更多的抗生素和 ARGs。不同盐度的水体对样本中α-多样性的影响也很明显，对于 PVC 微塑料来说，在四种抗生素的作用下，多样性指数在河口水和海水中降低，而在河水体系中有所升高。 PVC 微塑料和底泥可以为微生物提供不同的生态位点，其中海水体系中二者的差异性更明显，说明 PVC 在海水中更容易形成与周围环境不同的特有生物膜结构。（4）通过比较不同浓度梯度（ng/L、 µg/L 和 mg/L）的五种抗生素（磺胺甲基嘧啶、罗红霉素、诺氟沙星、四环素和氯霉素）在微塑料（PE 和 PVC）上的吸附作用，分析了在抗生素的选择性压力下，微塑料和水体中 ARGs 的产生及变化情况以及样本的微生物多样性、群落结构组成情况。结果表明，原始水样中的 ARGs，如 SulA/folP-01、 ermF、 qnrS、 tetA、 tetC、 tetG、 tetX 和 cmlA1-01 可以附着到 PE 和 PVC 上。此外在低浓度条件下， PE 和 PVC 上的微生物多样性相对较高。除了含有许多共有细菌外，微塑料和水体中都有其特有的细菌，这些细菌的相对丰度在抗生素的作用下变化明显。其中 PVC 上的细菌在高浓度的磺胺甲基嘧啶和罗红霉素的作用下比较敏感，大多数物种的丰度急剧下降。（5）采用 16S r RNA 高通量测序方法，探讨微塑料及抗生素对斑马鱼肠道及粪便中微生物群落结构的影响。结果发现，斑马鱼可误食投喂的微塑料，大部分通过粪便的形式排出体外。粪便中共检测到 6 种不同类别的耐药基因，包括sul1、 sulA/folP-01、 ermE、 ermF、 cmlA1-01 和 cmlA1-02。 PE 微塑料的存在可显著增加粪便和肠道中微生物群落结构的差异性。（6）研究了微塑料-抗生素复合污染物在食物链（丰年虾→斑马鱼）中对斑马鱼肠道微生物群落结构的影响。结果显示，斑马鱼粪便中检测到的 ARGs 的含量明显高于丰年虾体内的，说明 ARGs 可通过食物链作用富集到高营养级的动物中，而且 PE 微塑料的存在加强了 ARGs 在高营养级动物中的含量。在 PE-氯霉素的共同作用下，斑马鱼肠道微生物的群落结构发生了较大变化，其中假单胞菌属的相对丰度随着氯霉素浓度的升高而降低，而鲸杆菌属的含量随着氯霉素浓度的升高而增加。综上所述，微塑料可作为抗生素、 ARGs 和细菌的附着载体，形成的复合污染物会进一步影响水环境和斑马鱼肠道中的微生物群落结构。本论文为环境中抗生素及 ARGs 的传播与控制提供了理论支撑，具有重要的科学与现实意义。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15451]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王珊珊. 微塑料-抗生素对水环境中耐药基因及微生物群落结构的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
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