土壤中抗生素抗性基因的环境行为与阻控研究进展

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的传播威胁着生态环境安全和人体健康,已成为一个全球性的问题。土壤中抗生素抗性基因的分布、来源、扩散传播以及消减技术已成为一个研究热点。本文在简要介绍自然环境和受人类活动干扰土壤中抗生素抗性基因分布水平的基础上,分析了土壤中抗生素抗性基因的主要来源,剖析了抗生素抗性基因由土壤向其他环境介质(水、植物)传播的规律及其影响因素,如土壤理化性质、农艺调控和环境中污染物等。进而探讨了环境中各种生物和非生物因素对土壤中抗生素抗性基因持久性的影响和环境中抗生素抗性基因的消减技术,包括好氧堆肥、厌氧发酵、水处理工艺等。最后,提出遵循“大健康(One Health)”准则,以跨学科的方法控制抗生素抗性基因在环境中的传播,以更全面地将抗生素抗性基因对人类的健康风险降低至最低水平。

不同载体材料固定Sphingobium sp.PHE3对溶液中菲的降解研究

为探究不同载体材料对微生物降解菲的影响,以蒙脱石、针铁矿、玉米秸秆炭为载体,采用吸附挂膜法对菲降解菌株(革兰氏阴性菌鞘脂菌PHE3)进行固定化,并应用固定化微生物降解溶液中的菲。根据扫描电镜结果,该菌株在玉米秸秆炭载体表面附着生长数量最多,形态最优。添加蒙脱石和玉米秸秆炭显著(P<0.05)提高了微生物对菲的降解率,加快了菲的微生物降解速率,同时促进了细菌胞外聚合物(EPS)中多糖和蛋白质产量的增加,但添加针铁矿对菲的微生物降解和EPS的产生促进作用较弱。此外,鞘脂菌PHE3在形成生物膜的过程中可能有群体感应现象发生,能够分泌信号分子C_(8)-HSL和C_(12)-HSL,可能在一定程度上调控EPS的生成和污染物的降解。

不同施肥方式下稻田氮磷流失特征

采用大田小区试验,研究3种不同施肥方式下稻田系统氮(N)、磷(P)流失特征。实验结果表明,施用尿素和缓释肥的混施处理(MT)田面水中总氮(TN)和总磷(TP)平均浓度均为最高,分别为24.01和3.78mg/L,降雨产生径流时的N、P流失风险最大。整个水稻季,MT处理的N、P径流流失负荷分别为23.91和2.67kg/hm2,均为3种施肥处理中最高;MT处理的N、P渗漏流失负荷也为最高,分别为9.19和1.79kg/hm2。相对于MT处理,施用尿素和BB肥的无机处理(CT)及施用有机肥的有机处理(OT)能分别减少14.69%和29.18%的N总流失负荷及61.85%和68.97%的P总流失负荷。N、P的径流流失是稻田N、P流失的主要途径。

土壤中有机肥源抗生素抗性基因环境归趋与风险管理研究进展

抗生素抗性基因——一类新型污染物,已对人类健康和环境安全构成威胁,如何有效应对日益严峻的耐药性危机已成为一项全球性挑战。有机肥源抗生素抗性基因是土壤抗生素抗性基因的主要来源,而土壤参与并主导不同环境单元中抗生素抗性基因演化的多元交互作用,因此,有必要厘清有机肥源抗生素抗性基因在土壤和其他环境介质中的命运、归趋与风险。本文综述了近年来有机肥源抗生素抗性基因在土壤中的分布特征、环境归趋、人体暴露风险以及风险管理方面的研究进展,并提出建议与展望,以期为有效减轻抗生素抗性基因在环境中的危害,遏制抗生素抗性基因的增殖与传播提供理论依据与决策参考。

不同土地利用方式下典型黑土区土壤微生物群落演替规律

利用先进的分子生态学技术,针对中国科学院海伦农业生态试验站长期定位实验,研究了典型黑土区经过长期(32年)裸地、农田和草地三种土地利用后,土壤微生物区系的演替规律及其环境驱动机制。结果表明:与裸地相比,32年玉米-大豆-小麦轮作种植或自然草地恢复后,土壤有机质含量从52.07 g·kg^(–1)显著增加至54.83 g·kg^(–1)和61.54 g·kg^(–1),增幅分别为8.0%和27.5%,土壤氮磷钾养分有效性也显著增加。同时,每克干燥土壤中微生物丰度从2.25×10^(7)拷贝数增加至8.08×10^(7)拷贝数和1.69×10^(8)拷贝数,分别增加了2.58倍和6.51倍。裸地、农田和草地土壤的优势微生物菌门均为变形菌、酸杆菌和放线菌,其相对丰度均高于19%,且三者无显著差异(P>0.05)。然而,所有检测到的228个微生物属中,高达54个微生物属有显著差异(P<0.05),但绝大多数为相对丰度较低的微生物。分析表明土壤养分含量是微生物群落分异的主要环境驱动力,Granulicella微生物属可作为指示类群评估黑土环境的变化。上述研究结果表明,植被覆盖是土壤微生物群落演替的重要影响因素,未来应深入研究原位条件下黑土微生物的功能及其农业环境意义,为维系土壤养分元素循环和发展可持续农业生态管理模式提供理论参考。

沙培体系下植物和生物质炭对胞外DNA残留的影响

为了研究植物和生物质炭对抗性DNA在土壤中残留变化的影响,采用沙培生菜盆栽实验,以小牛胸腺DNA为模拟抗性DNA,测定在栽培生菜和添加玉米秸秆炭处理中DNA的含量随时间的变化。结果表明:沙培期间,所有处理(对照、生菜栽培、添加玉米秸秆炭、生菜玉米秸秆炭联合处理)中,DNA的含量均呈先快速下降,之后趋于平稳的趋势。相比对照,种植生菜使DNA在快速减少后小幅增加,仅添加生物质炭的处理在培养期间DNA含量均低于对照。植物可能通过根系影响微生物量增加DNA,玉米秸秆炭可能通过吸附作用减小DNA的含量,种植生菜或添加玉米秸秆炭减缓DNA降解速率的机制可能不同。该结果为抗性DNA和抗性基因在土壤植物中迁移和传播阻控研究提供了采样时间的依据,有利于科学评价抗性基因迁移风险,但植物和玉米秸秆炭对DNA变化的影响和机制需进一步研究。

沈阳张士灌区彰驿站镇土壤与水稻植株镉污染分析

采集张士灌区下游彰驿站镇水田土壤及水稻植株样品,测定土壤和水稻植株各部位中总镉浓度及土壤中不同形态镉浓度,采用单因子污染指数法分析了水田土壤及糙米的镉污染现状,并根据镉在水稻中的迁移系数、富集系数、土壤中不同形态镉对植株的贡献率及镉形态与土壤理化性质的关系探讨了影响植株镉吸收因素。结果表明:采样区土壤镉含量在0.47~2.49 mg·kg-1,均已超过国家土壤环境质量二级标准(GB 15618—1995),且超过当地背景值1.47~12.11倍;土壤中镉形态特征分布为残渣态>弱酸提取态>可还原态>可氧化态;水稻植株各器官镉含量分布趋势为根>茎>叶>糙米;有41.6%的糙米样品超过国家相应的食用标准,目前多以轻度污染为主;水稻对镉的富集能力、镉在水稻植株中的迁移能力及土壤中镉的形态分布是影响水稻吸收土壤中镉的重要因素,其中土壤中弱酸提取态和可还原态对水稻植株镉的吸收贡献率最大,且二者与土壤pH和CEC之间的相关性达到显著性水平。