金属抗性促生细菌Burkholderia sp.减缓玉米幼苗镉毒害和阻抗镉转运

为探明金属抗性促生细菌对减缓玉米镉毒害和阻抗镉转运的影响,本研究采用砂培试验向营养液中添加不同浓度重金属镉,研究接种镉抗性促生细菌YM3(Burkholderia sp.)对玉米苗干质量、生理指标、镉含量及金属转运基因表达情况的影响。结果表明,接种菌株YM3能促进玉米生长,且在镉胁迫环境中菌株促生效果更显著,使玉米根、茎、叶干质量分别增加9.09%~40.00%、63.33%~84.41%、48.50%~67.48%;接种处理玉米叶绿素总量增加1.70%~53.17%、根系活力增加7.40%~16.93%;游离脯氨酸降低3.04%~21.82%;当镉浓度为12 mg·L^(-1)时,丙二醛含量降低26.37%;接种菌株显著降低玉米地上部镉含量,使茎、叶镉含量分别降低13.64%~41.84%和17.85%~20.29%;q-PCR对金属转运相关基因HMA2、HMA3和Nramp5进行表达量的检测,结果表明接种菌株对重金属转运相关基因转录水平的表达调控受镉浓度影响。在0 mg·L^(-1)和8 mg·L^(-1)镉处理中,接菌处理HMA2、HMA3和Nramp5表达量在根中均表现为下调,在8 mg·L^(-1)和12 mg·L^(-1)镉处理中,接菌处理HMA2和Nramp5表达量在叶中均表现为下调。接菌处理通过不同程度影响基因HMA2、HMA3和Nramp5表达量来阻控玉米苗对镉的吸收转运。研究表明,在镉胁迫环境下接种镉抗性促生菌株Burkholderia sp.YM3能促进玉米苗生长,减缓玉米苗镉毒害,并阻控镉从根部向地上部转运,这对于玉米安全生产具有重要应用潜力。

微塑料及金属在黄浦江地表水环境的赋存特征及与金属抗性基因的相关性分析

城市河流是微塑料(MPs)及重金属污染的“热点”区域,在污染迁移中起到重要作用.然而同样作为抗性基因赋存及释放的重要媒介,鲜有研究考察了流域MPs、金属与金属抗性基因(MRGs)的关联.为此,调研了10个黄浦江站点水样的金属及MPs的污染特征,并基于宏基因组学对水样及提取的MPs上的MRGs及可移动遗传元件(MGEs)进行分析.结果显示,表层水中ρ[锑(Sb)]平均值最高,为(3.16±0.419)μg·L^(-1).MPs的丰度平均值为(1.78±0.84)n·L^(-1),位于工业区和人口密集区的MPs丰度显著高于农业区和低人口密度的区域.纤维状、“小粒径”(<0.5 mm)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是最主要的MPs类型.所有样本中共检出18类MRGs,其中水样中MRGs的相对丰度为1.68±0.21.最主要的MRGs亚型是merR和ruvB,分别为汞和多重金属抗性基因的亚型.相关性分析表明,水中的铬和镍与MRG-Cr、MRG-Ni和多重金属抗性基因之间存在显著正相关.MPs上MRGs的相对丰度为1.63±0.53,最主要的MRGs亚型是merT-P和copB,同样为汞和多重金属抗性基因的亚型.其中多重金属抗性基因亚型ctpC、cueA、czrA和kmtR等与水中的Ni、Cr和Sb含量都存在显著正相关.与水样相比,MPs选择性富集merT-P、copB、ziaA、sodA和dmeF.此外,基于网络分析挖掘了MRGs和MGEs的共现模式.在水环境中,MRGs可经由转座子tnpA_1和tnpA_2,整合子qacEdelta及插入序列IS91实现水平基因转移,使微生物产生对应金属的抗性.MPs表面多重金属抗性基因和铜的抗性基因与质粒的亚型IncFIC(FII)、Rep7、rep7和rep13之间存在显著正相关,MPs的存在对由质粒介导的特定MRGs的水平基因转移有着显著影响.

磁混凝对市政污水中抗生素抗性基因和重金属抗性基因的削减效能

污水中抗性基因给环境和人类健康带来潜在的危害.本研究通过调查市政排口污水磁混凝处理过程中抗性基因绝对含量和相对丰度变化,考察磁分离技术对市政污水中抗性基因的削减效果.结果表明,加入磁种和絮凝剂的一级搅拌和二级搅拌对抗生素抗性基因(ARGs)、重金属抗性基因(MRGs)和可移动遗传元件均有较好地去除效果,但出水中部分抗性基因的绝对含量增加,这可能是由于出水中依然具有较高含量的水平转移元件(int1,2.00×10^10 copies·mL^-1;int2,1.91×108 copies·mL^-1;Tn916/1545^e,5.38×108 copies·mL^-1).网络分析和主成分分析结果表明,磁混凝处理过程中ARGs与MRGs呈显著正相关(P<0.05),城市污水中常规污染物如悬浮物、磷和COD等是影响抗性基因去除效率的重要因子.这些结果表明,磁混凝可通过有效削减污水中常规污染物进而制约抗性基因的传播和转移;但需要关注磁混凝的出水及脱水污泥的后续管理,如出水前增设消毒环节,以降低抗性基因污染风险.

基于宏基因组技术分析MBR膜清洗后污泥中抗性基因

污水处理厂作为抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的重要储存库,是自然界ARGs的主要来源之一.膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)被认为是一种能够有效去除污水处理厂中ARGs的技术工艺.MBR膜截留的废水中胶体、颗粒物、悬浮物及微生物代谢物中存在着大量的病原菌与抗性基因,而目前关于膜清洗后污泥中抗性基因的分布特征和规律尚不明确.本文采用宏基因组技术对MBR膜清洗后污泥中抗性基因进行了分析.结果显示,膜清洗后污泥中共检测出39门,其中优势菌门为Proteobacteria、Nitrospirae和Actinobacteria,优势菌属为Nitrospira、Pseudomonas和Bradyrhizobium.污泥样品含有的病原菌属占所有菌属的10.54%,其中Pseudomonas属相对丰度最高,占到所有菌属的3.94%.样品中共注释出17类ARGs和16类金属抗性基因(metal resistance genes,MRGs,15类单金属抗性基因和1类多重金属抗性基因).其中,多药类抗生素抗性基因相对丰度最高,占49.08%.金属抗性基因中多重金属类抗性基因相对丰度最高,占该污泥样品的34.58%,单金属抗性基因中对铜的抗性基因数量最多,占19.99%.该膜清洗后污泥中微生物群落最主要的功能通路为代谢相关,并存在大量与人类疾病相关的代谢通路相关基因,其中涉及细菌耐药和细菌传染疾病的基因数量最多,分别为占人类疾病相关的代谢通路已注释序列的34.50%和16.62%.由此可见,膜清洗后污泥中蕴藏着丰富的ARGs、MRGs以及病原菌属,具有潜在的环境健康风险,需要加强对膜清洗后污泥中ARGs、MRGs以及病原菌的管控.本文为选择合适的技术工艺有效去除膜清洗后污泥中ARGs、MRGs以及病原菌提供指导.