粪源抗生素抗性在土壤—蔬菜中的传播机制研究

Antibiotic resistance genes (ARGs) could be induced as the result of the long-term overuse of antibiotics in livestock husbandry. Feces from these animals which contain ARGs could become potential sources of ARGs in the environment. So，the emerging pollution and dissemination of ARGs have gained great attention around the globe. In this study, pot culture tests were carried out to plant different vegetables with the exposure of antibiotics or antibiotic resistant bacteria, respectively. High-throughput sequencing and microbial culture techniques will be used to analyzed the population characteristics of endophytic bacteria and multidrug-resistant endophytes in the vegetables, and investigate the relations between pollutants exposure and the occurrence of resistance endophytes. Colonization dynamics of antibiotic resistant bacteria from soils to vegetables were also detected, that will indicated the route of spreading antibiotic resistance introduced by bacteria. Furthermore, the other route of Horizontal Gene Transfer(HGT) will be determined by investigating the abundance of the transposable elements and the ARGs with Q-PCR. The mechanisms of antibiotic resistance spreading from soil to vegetables are hopleful to be elucidated through this study.

畜牧养殖业中抗生素的长期滥用，可诱导动物体内抗生素抗性基因（ARGs）的产生，并随着粪便排泄及粪肥施用进入养殖区域和农田土壤，由此引发的环境中抗性基因污染和传播问题已经引起人们的普遍关注。本研究采用盆栽试验方法，分别在抗生素暴露、抗性菌暴露的条件下模拟蔬菜种植过程。通过高通量测序、培养计数分析蔬菜内生细菌菌群及可培养多抗性内生细菌菌群的群落变化，探讨污染物暴露与蔬菜内生细菌抗性产生之间的相关性。通过对土壤中的抗性细菌在蔬菜内部的定植检测，说明由抗性细菌介导的抗性转移途径。进一步利用定量PCR技术研究蔬菜内生菌中抗生素抗性基因的丰度变化，结合对可移动基因元件的检测，确定由其介导的基因水平转移途径。最终阐明环境中的抗生素抗性由土壤向蔬菜传播的机制问题。

养殖业中抗生素的广泛使用，会导致抗生素残留、耐药细菌、耐药基因伴随动物粪便排出以及粪肥施用进入农田土壤。尤其耐药基因由于具有水平转移和难生物降解的特点，可以在环境中持续留存，进而导致细菌多重耐药性甚至“超级细菌”的出现，由此引发的环境中抗生素耐药性的传播和扩散问题引起人们的广泛关注。而伴随畜禽粪便进入农田的耐药细菌、耐药基因能否通过土壤进入植物通过食物链传播？相关研究还少有报道。本研究调查了畜禽粪便和施肥土壤中抗生素的污染情况，追踪了自然堆肥过程中抗生素耐药性的变化，并在抗生素或耐药菌存在的环境条件下，解析了栽培蔬菜内生系统中细菌耐药性的改变，阐明环境中的抗生素耐药性由粪便向土壤和蔬菜传播的机制。主要研究结果总结如下：. 1.畜禽粪便和施肥土壤的抗生素残留及耐药基因污染. 所有养殖畜禽粪便及施肥土壤中均存在抗生素残留，且粪便中的药物浓度高于土壤样品。功能基因芯片检测显示，土壤中耐药基因数量、种类多于粪便样品，但粪便中耐药基因丰度高于土壤，说明施肥可以促进土壤中耐药基因增加。. 2.简单堆肥过程中抗生素耐药性的变化. 自然条件下鸡粪、猪粪简单堆肥后，粪肥中药物浓度下降，但可培养多重耐药细菌比例上升。虽然多数耐药基因丰度降低，但个别基因水平却比初始阶段有所增加。. 3.抗生素暴露对蔬菜内生细菌耐药性的影响. 在四环素、头孢氨苄、磺胺甲恶唑分别以50%和MIC值水平的暴露剂量下栽种小白菜。随着植株中抗生素的积累，耐药内生细菌的比例从0.23%、3.77%和1.26%增加到0.70-1.23%、6.41-8.29%和6.00-7.43%。与暴露药物相对应的耐药基因tetX、blaCTX、sul1和sul2存在于蔬菜内生系统中，其丰度随着抗生素暴露剂量的增加而增加。. 4.粪源多重耐药细菌对蔬菜内生系统抗生素耐药性的影响. 在添加粪源多重耐药菌、鸡粪或有机肥的土壤中栽种蔬菜，蔬菜内生系统中多重耐药细菌丰度上升1-2个数量级，耐药基因丰度同时增加。群落研究发现，Pseudomonas和Alcaligenes可能是能够从土壤进入植株定植的类群，存在从粪便-土壤-蔬菜传播耐药性的风险。