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沈陽生態(tài)所在凍融交替下Herbaspirillum huttiense削減農田中抗生素抗性基因方面取
抗生素抗性基因(ARGs)在農田土壤中的擴散已成為威脅生態(tài)安全和人類健康的重要環(huán)境問題。凍融交替作為典型的自然擾動過程，顯著影響土壤中ARGs的垂直分布與傳播行為。然而，針對該環(huán)境下有效控制ARGs的策略及其微生物學機制尚不明確。
為解決上述問題，中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所環(huán)境生態(tài)工程創(chuàng)新組群，基于為期兩年的田間試驗，系統(tǒng)探究了耐冷細菌Herbaspirillum huttiense(H. hutt)在自然凍融條件下對ARGs的削減效果，并闡明了其削減ARGs的微生物作用途徑。研究結果發(fā)現，在土霉素-恩諾沙星復合污染環(huán)境下，凍融交替會影響土壤結構，加劇ARGs由表層向深層積累，擴增倍數高達50.48倍;而接種H. hutt可有效抑制ARGs增殖，擴增倍數限制在6.44倍。施用H. hutt后會富集Hymenobacter等有益菌屬并抑制Flavisolibacter、Blastococcus等ARGs宿主增殖，通過重構微生物互作網絡削減ARGs豐度。該過程中，微生物群落裝配由隨機過程主導轉向確定性過程主導，異質選擇的貢獻從11.73%提升至64.33%。此外，H. hutt通過降低土壤總氮和電導率等環(huán)境因子，限制了Nocardioides、Blastococcus等ARGs宿主的生長，促進tetW、tetQ、tet(PA)等ARGs削減。該研究基于田間試驗揭示H. hutt通過“生態(tài)過濾—生態(tài)位重構—環(huán)境調控”三位一體的綜合作用機制，有效遏制凍融條件下ARGs的傳播與積累。研究結果為寒冷地區(qū)農業(yè)土壤中ARGs的微生物修復提供了新思路與理論支撐，強調了微生物修復技術在調控土壤微生態(tài)與ARGs傳播中的重要作用。
研究成果以“Herbaspirillum huttienseenhances ecological filtering and niche reorganization to suppress ARGs under freeze–thaw disturbance”為題發(fā)表于Journal of Environmental Chemical Engineering。沈陽生態(tài)所博士生楊慧敏為第一作者，張曉蓉副研究員為通訊作者。該研究獲國家自然科學基金、遼寧省自然科學基金等項目支持。
圖1 在e200和eB200處理土壤在初始階段、凍結階段和解凍階段中四環(huán)素類ARGs和氟喹諾酮類ARGs的絕對拷貝數。(a–c)分別為第一年在0–10cm、10–20cm和20–30 cm土層深度的ARGs拷貝數;(d–f)為第二年不同土層深度的基因拷貝數。
圖2 融化期ARGs、微生物群落與環(huán)境因素之間的關系。隨機森林模型評估了第一年(a)和第二年(b)土壤環(huán)境變量與優(yōu)勢細菌屬相對豐度之間的相關性。Mantel test分析評估了第一年(c)和第二年(d)ARGs與環(huán)境因子之間的相關性。
圖3不同時期微生物群落裝配過程及其對ARGs調控機制。(a–c)為第一年微生物群落βNTI、RC指數以及生態(tài)過程構成的變化情況;圖(d–f)為第二年的相應結果;(g)和(h)分別為第一年及第二年ARGs、微生物群落和環(huán)境因子之間的調控途徑。
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