不同营养水平下混合抗生素调控铜绿微囊藻水华的基因组学机制

基本信息
批准号:51679130
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:刘莹
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:冯素萍,张馨文,郭子彰,陈诗,王峰,王海静
关键词:
抗生素污染复合污染微囊藻毒素基因组生态风险
结项摘要

Ecological hazard of antibiotic pollutants at environmentally relevant concentrations remains unclear, except for inducing tolerance/resistance of bacteria. Cyanobacteria are an important class of prokaryotes with bacteria-like structures. A previous study of our laboratory found that antibiotic pollutants could stimulate the growth of a typical cyanobacterium (Microcystis aeruginosa) and the production of cyanotoxins during static culture. In this study, M. aeruginosa was chronically exposed to binary, ternary and quarternary mixtures of spiramycin, amoxicillin, ciprofloxacin and sulfamethoxazole. The long-term effects and cellular mechanism of mixed antibiotics on the growth of M. aeruginosa and the production of microcystins were studied through semi-continuous culture at currently reported contamination levels. The action mechanism of mixed antibiotics in M. aeruginosa was interpreted at the genomic level through microarray based-comparative genomic hybridization. Differentially expressed genes in antibiotic-treated groups were further verified by real-time polymerase chain reaction (PCR) and differentially expressed proteins, according to which antibiotic-responding genes were recognized. Mutation of antibiotic-responding genes was then screened. Resistance of M. aeruginosa to mixed antibiotics was checked on the basis of genomic responses. At last, combined regulation effects and mechanism of mixed antibiotics and nutrient factors on the bloom of M. aeruginosa were studied. The experimental design of this study was close to the actual conditions in aquatic environments. The obtained results could contribute to a better knowledge of the ecological hazard of antibiotics and provide reference for dictating discharge standards for antibiotics and controlling cyanobacterial bloom with co-existing antibiotics.

除诱导产生抗药/耐药细菌外,抗生素的其他生态危害尚不完全清楚。蓝藻具有和细菌相似的原核细胞结构。前期研究发现抗生素在现有污染浓度下对蓝藻的生长和产毒具有短期促进作用。本项目选定典型抗生素螺旋霉素、阿莫西林、环丙沙星和磺胺甲恶唑为目标化合物,依据水环境污染现状构建多元混合物。通过半连续培养继续研究低浓度抗生素混合物对典型蓝藻(铜绿微囊藻)的长期调控效应,并阐述其细胞学机制。同时以基因芯片为载体利用比较基因组杂交技术,从全基因组水平分析混合抗生素对微囊藻的作用机制,并通过实时定量PCR和差异表达蛋白进行多角度验证,确认特异性响应基因。再从特异性响应基因入手筛查抗生素引发的基因突变,探索微囊藻对抗生素的抗性。最后模拟实际水环境引入营养因子,阐明混合抗生素和营养因子对微囊藻的联合调控效应与机制。研究结果可以深化对抗生素生态危害的认知,为抗生素排放标准制定和复合污染条件下蓝藻水华治理提供依据。

项目摘要

痕量抗生素污染物在短期静态培养条件下可以促进蓝藻模式种铜绿微囊藻的生长和产毒,存在促进铜绿微囊藻爆发进而危害水生态安全的潜在可能。但究竟该可能性在天然水环境中是否可以成为现实,仍需验证抗生素对铜绿微囊藻的促进作用是否具有持续性,并揭示抗生素对铜绿微囊藻的作用机制,分析抗生素与常规水环境因子的联合调控效应。鉴于水环境中多种痕量抗生素同时共存的污染现状,本项目以螺旋霉素、阿莫西林、环丙沙星、磺胺甲恶唑和四环素等5类经常检出的典型抗生素混合物为目标物质,通过30天的半连续培养试验,分析混合抗生素对铜绿微囊藻的长期效应。研究结果表明,150ng/L和200ng/L的二元混合抗生素和60-200ng/L的三元、四元、五元混合抗生素持续促进藻细胞生长和提升藻细胞叶绿素合成量(p <0.05)。60-200ng/L的二元、三元、四元、五元混合抗生素暴露下,藻细胞的光合活性、POD酶活性、ATP合成酶活性、藻毒素合成和释放能力得到显著提升(p <0.05),且上述提升作用具有持续性。通过对藻细胞进行转录组和蛋白质组测序,发现藻细胞中参与活性氧清除、光合作用、碳固定、电子传递、氧化磷酸化和生物合成(包括叶绿素合成和微囊藻毒素合成)等过程的23个差异基因/蛋白对抗生素混合物具有特异性响应,是混合抗生素在藻细胞中的可信作用靶位。靶基因/蛋白的生物信息学分析表明藻细胞的光合作用、碳代谢和能量代谢之间通过电子传递链耦联,共同防御混合抗生素产生的氧化压力,进而产生一系列适应性响应。高通量测序结果表明抗生素并未诱导藻细胞产生基因突变和抗性基因,抗生素对藻细胞的刺激作用主要归结于毒物兴奋效应。由于营养因子是水华形成最重要的水环境因子,本项目继续研究营养因子(氮和磷)和抗生素对微囊藻的联合调控效应和机制。结果表明,随着营养水平的下降,抗生素对藻细胞的刺激作用也下降。混合抗生素暴露浓度与营养水平之间存在交互作用(p < 0.05)。在不同的营养水平下,psaA、psbB、cbbL基因表达量均受混合抗生素诱导上调,光合作用在藻细胞对抗生素的应激性响应中发挥最核心的作用。当每种抗生素的浓度降低至5ng/L的安全浓度阈值以下时,抗生素混合物对铜绿微囊藻无显著刺激作用(p > 0.05)。蓝藻水华治理过程中有必要同步治理共存的抗生素污染物。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

自然灾难地居民风险知觉与旅游支持度的关系研究——以汶川大地震重灾区北川和都江堰为例

自然灾难地居民风险知觉与旅游支持度的关系研究——以汶川大地震重灾区北川和都江堰为例

DOI:10.12054/lydk.bisu.148
发表时间:2020
3

近 40 年米兰绿洲农用地变化及其生态承载力研究

近 40 年米兰绿洲农用地变化及其生态承载力研究

DOI:
发表时间:2020
4

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
5

莱州湾近岸海域中典型抗生素与抗性细菌分布特征及其内在相关性

莱州湾近岸海域中典型抗生素与抗性细菌分布特征及其内在相关性

DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20150518001
发表时间:2015

刘莹的其他基金

批准号:60873253
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31770214
批准年份:2017
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:41875153
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:81901394
批准年份:2019
资助金额:20.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60303006
批准年份:2003
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50975157
批准年份:2009
资助金额:40.00
项目类别:面上项目
批准号:51878202
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:71802109
批准年份:2018
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31400911
批准年份:2014
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39580007
批准年份:1995
资助金额:8.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61202321
批准年份:2012
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21576264
批准年份:2015
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:71671178
批准年份:2016
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:51508113
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81400247
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31601434
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51308142
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20873003
批准年份:2008
资助金额:34.00
项目类别:面上项目
批准号:61202085
批准年份:2012
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81501036
批准年份:2015
资助金额:17.50
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21776285
批准年份:2017
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:31070784
批准年份:2010
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:51508384
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50545035
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:专项基金项目
批准号:81301189
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21573012
批准年份:2015
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:81501537
批准年份:2015
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51275268
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:51209125
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81400157
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81560455
批准年份:2015
资助金额:37.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31570819
批准年份:2015
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:20473001
批准年份:2004
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:21306098
批准年份:2013
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30870959
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:31801097
批准年份:2018
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61772307
批准年份:2017
资助金额:68.00
项目类别:面上项目
批准号:41005067
批准年份:2010
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20773002
批准年份:2007
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:71103013
批准年份:2011
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50275071
批准年份:2002
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:31100160
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51165031
批准年份:2011
资助金额:54.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:30600738
批准年份:2006
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21877003
批准年份:2018
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:60424003
批准年份:2004
资助金额:1.60
项目类别:专项基金项目
批准号:41175112
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

淡水水华优势菌铜绿微囊藻群体形成的分子机制研究

批准号:30970032
批准年份:2009
负责人:肖亚中
学科分类:C0103
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
2

铜绿微囊藻细胞程序性死亡机制及其在水华消亡中的作用研究

批准号:41476095
批准年份:2014
负责人:徐虹
学科分类:D0605
资助金额:112.00
项目类别:面上项目
3

水华铜绿微囊藻影响细菌溶藻效应的机制研究

批准号:31800426
批准年份:2018
负责人:周庆
学科分类:C0305
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
4

微囊藻水华与浮游细菌的关系及其机制

批准号:31200383
批准年份:2012
负责人:李化炳
学科分类:C0305
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目