三种抗生素和铜单一及复合污染对土壤微生物群落结构和功能的影响

论文摘要

随着畜禽养殖行业的发展,中国逐渐成为世界上最大的抗生素生产和使用国。由于抗生素在饲料中的过量使用,及其被畜禽摄入后不能完全被动物体吸收,因此大部分抗生素以原药、代谢物的形式排泄出来。重金属在畜禽的生长发育过程具有重要作用,畜禽饲料中会添加一定量的重金属,但饲料中的重金属往往添加量大于需求量,不能被吸收的重金属会随畜禽粪便排出体外。随畜禽粪便的农用,抗生素和重金属进入土壤并积累产生复合污染。为分析抗生素与重金属单一和复合污染对土壤活性的影响,本研究选用抗生素磺胺二甲嘧啶（sulfadimidine,SM2）、恩诺沙星（enrofloxacin,ENR）、土霉素（oxytetracycline,OTC）和重金属铜（copper,Cu）作为污染物,分别为4水平(ENR、OTC、SM2各4个质量含量:0、0.05、0.20、0.80 mmol?kg-1)和2水平(Cu质量含量为0、1.60 mmol?kg-1),按照摩尔比1:2、1:8、1:32设计实验方案;将土壤微生物作为研究对象,传统手段结合现代分子生物学技术,研究不同实验周期下（7 d、14 d、21 d、28 d）微生物群落结构、功能基因（三种碳循环基因:cbbM、cbbLR、cbblG,四种氮循环基因:apr、narG、nirS、nifH）、抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的变化,评价这三种抗生素及Cu的生态毒理效应,为环境危险评价提供科学依据。具体结果如下:（1）抗生素单一污染时,SM2处理组与CK组相比,cbbM基因在7 d、28 d时含量下降明显,cbbLR基因在0.8SM2(SM2染毒浓度为0.80 mmol?kg-1)处理下,基因含量在实验前期下降,实验后期恢复至CK组水平;抗生素种类对基因含量也有不同影响,如cbbLG基因,ENR单一污染时,其含量在14 d、21 d增加明显,在28 d恢复至CK组水平（除0.2ENR外）,OTC单一污染,其含量均高于CK组;ENR、OTC低浓度组(0.05、0.2 mmol?kg-1)对RubisCO酶活性有激活,高浓度组在实验后期会抑制酶活性。在三种抗生素单一污染均发现,ARGs含量是会明显增加的。末端限制性片段长度多态性（terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP）实验中,抗生素单一污染对不同长度片段影响较大,不同抗生素对同一片段影响不同,14 d时SM2单一污染组中,随抗生素浓度增加,片段66 bp比例逐渐降低,由65%（0.05SM2）降到47%（0.8SM2）,在OTC单一污染组中,随抗生素浓度增加,片段66 bp比例先减少后增加,由73%（0.05OTC）降到45%（0.2OTC）再增到64%（0.8OTC）。（2）Cu单一污染时,大多数浓度处理组Cu对土壤氮、碳循环过程具有促进作用,四种氮循环基因（apr、narG、nirS、nifH）含量均有一定增加,对于RubisCO,除14 d时酶活性降低（抑制率33.33%）外,其余三个时期酶活性均比对照组增强;Cu还对土壤ARGs的含量起到促进作用,表明Cu可能是导致ARG环境中传播的潜在因素。（3）抗生素和Cu复合污染时,SM2和Cu复合污染处理在7 d时,narG基因含量随染毒浓度的增加而降低,14 d时narG基因含量随染毒浓度的增加而增加。不同的基因对复合污染的反应也不尽相同,如ENR与Cu复合污染,在28 d时,0.2ENR+Cu处理组中narG基因含量与CK组相比均有明显降低,而nirS基因含量明显增加。RubisCO活性的实验中,在实验后期,三种抗生素和Cu复合污染均表现为协同作用,对酶活性的激活作用减弱。T-RFLP实验中,复合污染时对某些微生物影响很大,如14 d时片段51 bp在SM2+Cu、OTC+Cu复合污染时,随抗生素浓度增加,含量降低,最低至0。土壤中的重金属与抗生素对ARGs存在复合选择压力,OTC和Cu复合污染时,高浓度组0.8OTC+Cu比0.05OTC+Cu、0.2OTC+Cu对tetM的影响大。

论文目录

• 符号说明
• 中文摘要
• Abstract
• 1 前言
•   1.1 土壤中的抗生素及其危害
•   1.2 土壤中的重金属及其危害
•   1.3 土壤复合污染
•   1.4 土壤功能微生物研究
•     1.4.1 土壤微生物对碳循环的影响
•     1.4.2 土壤微生物对氮循环的影响
•   1.5 常用分子生物研究方法
•     1.5.1 实时荧光定量PCR
•     1.5.2 末端限制性片段长度多态性T-RFLP
•   1.6 研究内容与方法、技术路线
• 2 材料与方法
•   2.1 实验药品
•   2.2 实验仪器
•   2.3 实验材料
•     2.3.1 实验土壤
•     2.3.2 实验主要试剂
•   2.4 实验方法
•     2.4.1 土壤染毒
•     2.4.2 土壤微生物T-RFLP检测
•     2.4.3 土壤微生物碳循环标记基因的检测
•     2.4.4 RubisCO活性测定
•     2.4.5 土壤微生物氮循环标记基因的检测
•     2.4.6 土壤微生物ARGs的检测
•   2.5 数据分析
• 3 结果与分析
•   3.1 三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤微生物T-RFLP分析
•   3.2 三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤碳循环的影响
•     3.2.1 SM2和Cu单一及复合污染对土壤中碳循环基因的影响
•     3.2.2 ENR和Cu单一及复合污染对土壤碳循环基因的影响
•     3.2.3 OTC和Cu单一及复合污染对土壤碳循环基因的影响
•     3.2.4 抗生素和Cu对碳循环基因影响的交互作用
•     3.2.5 三种抗生素和Cu对RubisCO活性的影响
•   3.3 三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤氮循环的影响
•     3.3.1 SM2和Cu单一及复合污染对土壤中氮循环基因的影响
•     3.3.2 ENR和Cu单一及复合污染对土壤中氮循环基因的影响
•     3.3.3 OTC和Cu单一及复合污染对土壤中氮循环基因的影响
•     3.3.4 抗生素和Cu对氮循环基因影响的交互作用
•   3.4 三种抗生素和Cu单一及复合污染对土壤ARGs的影响
•     3.4.1 SM2和Cu单一及复合污染对磺胺类ARGs的影响
•     3.4.2 ENR和Cu单一及复合污染对喹诺酮类ARGs的影响
•     3.4.3 OTC和Cu单一及复合污染对四环素类ARGs的影响
• 4 讨论
•   4.1 抗生素单一污染对土壤微生物群落结构的影响
•   4.2 重金属Cu单一污染对土壤微生物群落结构的影响
•   4.3 抗生素和Cu复合污染对土壤微生物群落结构的影响
• 5 结论
• 6 创新之处与研究不足
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨莉莉

导师: 王金花

关键词: 磺胺二甲嘧啶,恩诺沙星,土霉素,复合污染

来源: 山东农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 山东农业大学

基金: 国家自然科学基金(21377075)《兽用抗生素与铜复合污染对土壤功能微生物的联合毒性及其机理》

分类号: X172;X53

总页数: 76

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