海水养殖中四环素与氟苯尼考在沉积物垂直方向的迁移与生态效应研究

With the extensive use of antibiotics in mariculture, the residues of antibiotics has become a serious ecological pollution, which had a major impact on the microbial ecological balance of seafloor sediment. However, there rarely reported on the depth of antibiotics contamination in the sediments and the study of microbial communities specific to the population level impact. Based on this status quo, the project intends to list mariculture sediments, as well as the most commonly used antibiotics tetracycline and florfenicol in aquaculture as the research objects. To study the vertical migration of antibiotics in the sediments, tetracycline, florfenicol, tetracycline combined with florfenicol will be added in the ecological column respectively to build artificial simulated ecosystem, with this we can also study the changes of microbial community structure, function and resistance levels resulted by the antibiotics migration. At the same time, impact of antibiotics on the cycle of material elements will be studied by detecting the changes of physical and chemical properties. In a word, the project will not only provide for the scientific, rational use of antibiotics, but also for the national aquaculture environmental quality monitoring and management of theoretical guidance. Meanwhile, it will be able to provide the necessary theoretical basis for further revealing the impact of antibiotics on ecosystems and material elements cycle.

随着海水养殖中抗生素的大量使用，抗生素残留已成为一种严重的生态污染，对海底沉积物的微生物生态平衡造成了重大影响。但是，目前有关抗生素在沉积物中的污染深度及其对微生物群落具体到种群水平影响的研究鲜见报道。基于此现状，本项目拟以海水养殖区沉积物、以及养殖中常用的抗生素四环素和氟苯尼考为研究对象，对沉积物生态柱分别进行四环素、氟苯尼考、四环素＋氟苯尼考联合用药的抗生素单类因素胁迫，构建人工模拟生态系统，以研究抗生素在沉积物中的垂直迁移；同时，通过对微生物群落结构、功能以及耐药性水平的研究，阐明抗生素的迁移所带来的生态效应；通过对沉积物中元素和化合物等理化性质的检测，揭示抗生素通过影响微生物活动而对物质元素循环的影响。该项目的研究不仅能揭示抗生素对生态系统和物质元素循环的影响，而且能够为抗生素的科学、合理使用以及国家对养殖环境进行质量监控和管理提供理论指导和技术支持，具有重要意义。

目前，有关近海养殖区抗生素渔药及其扩散产生的浓度梯度，在沉积物中的污染效应及其对微生物群落具体到种群水平影响的研究鲜有报道。基于此现状，本研究结合项目目标和任务，以宁波市象山港大黄鱼网箱养殖区沉积物作为研究对象，选用养殖中常用的抗生素氟苯尼考作为胁迫，构建抗生素氟苯尼考-沉积物微宇宙生态柱，检测发现抗生素在沉积物中的迁移能力较差，因抗生素会在使用地点周围进行水平方向的迁移扩散，并形成沉积物水平方向的浓度梯度，故对沉积物分别进行了氟苯尼考50μg/g、3μg/g、0.3μg/g三个浓度梯度的抗生素胁迫。..对微宇宙在不同时间点的样品进行基因组提取，通过16S rDNA的Miseq测序检测沉积物微宇宙中微生物群落结构的变化，发现50μg/g和3μg/g的氟苯尼考胁迫后，微生物群落结构和功能发生显著性变化，但是随着氟苯尼考的降解，群落结构和功能又开始呈现一种恢复的趋势。在此过程中，群落结构和功能的衍变，是在氟苯尼考的驱动下，伴随着核心OTUs的丰度变化而进行的。如50μg/g和3μg/g氟苯尼考处理组，核心微生物类群Arcobacter sp.的丰度变化最大，其丰度可由1%增至近30%，但是随着时间的推移和氟苯尼考的迅速降解，Arcobacter sp.的丰度可恢复至3%左右；而0.3μg/g浓度氟苯尼考胁迫下，微生物群落结构和功能的变化不显著。..对沉积物微宇宙微生物群落的氟苯尼考耐药表型及其耐药基因丰度检测结果显示， 0.3μg/g氟苯尼考胁迫处理两个月后，沉积物中微生物群落的耐药水平仍保持对照组的16倍以上，而氟苯尼考的耐药基因floR，cmlA和基因水平转移相关的intI基因的丰度可提高十倍以上；而3μg/g和50μg/g氟苯尼考胁迫可提高微生物群落的耐药水平分别至512μg/g和1024μg/g，耐药基因丰度更是可分别提高至几千倍和上万倍，并长期保持至少超过60d。此研究结果表明，无论是致死浓度（3μg/g和50μg/g）亦或是亚致死浓度（0.3μg/g）的抗生素胁迫，都会给微生物群落的耐药表型和耐药基因丰度带来持久性的、短期内难以消除的影响，从而对环境造成了耐药基因的污染，并潜在加速了耐药基因在环境微生物间甚至与病原微生物之间的水平转移。