典型抗生素抗性基因在近海网箱养殖海藻生态修复中的分布转移机制研究

Antibiotic resistance genes (ARGs) are emerging micropollutants with environment persistence, having more harmful effects on ecosystem than those of antibiotics. In view of little information of ARGs fates and its' horizontal transfer characteristics during seaweed bioremediation in marine cage culture, this program is designed to study the mechanism of accumulated microbial antibiotic resistance genes (ARGs) variation during seaweeds bioremediation of polluted marine cage culture environment. Based on field sample testing and lab-scale experiments, combined conventional microbial technology and modern molecular biotechnology involving RTQ-PCR and Metagenomic analysis, characteristics of microbial community dynamic is determined in seaweeds bioremediation of marine culture sediment. In consideration of accumulated tetracyclines removal performances during bioremediation, the effect mechanisms of seaweeds and its’ co-existence with tetracyclines on existing tet genes behavior, distribution and transfer are further explored. The results of this program will be helpful for developing sustainable marine cage culture.

抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs) 作为一类新型环境污染物在海水养殖环境中的持续性残留比抗生素残留本身对生态环境的危害更大，而海水网箱养殖大型海藻修复长期作用下抗生素抗性基因类型、水平及转移的影响及机制的信息相对缺乏。为此，项目结合野外采样与实验室研究，综合传统微生物学手段和现代分子生物学技术定量PCR、宏基因组分析等，拟在大型海藻修复网箱养殖沉积物富集污染系统中，分析不同大型海藻及其不同栽培密度下系统微生物群落改变特性，结合富集的四环素类抗生素迁移转化规律，重点分析大型海藻与富集抗生素联合诱导压力对微生物群落多样性及其已有tet基因类型、分布选择及转移的的选择效应，以为大型海藻支撑可持续海水网箱养殖的技术发展提供一定保障。

抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs) 作为一类新型环境污染物在海水养殖环境中的持续性残留比抗生素残留本身对生态环境的危害更大，本项目展开了海水网箱养殖大型海藻修复作用下沉积物微生物群落结构、抗生素抗性基因类型、水平及转移的影响及机制。主要研究结果如下：研究三种大型海藻及其与土霉素（Oxytetracycline，OTC）复合压力下对养殖区沉积物微生物群落结构影响发现30d作用体系中，铁钉菜和长松藻分别促进和降低了沉积物中微生物群落的多样性（门水平上），而裂片石莼的沉积物中微生物群落多样性增加（属水平上）。当OTC存在（500µg/L）时菌门Actinobacteria、Planctomycetes和Cyanobacteria的相对丰度显著性降低。裂片石莼进一步作用90d后，在0-12g/L范围内，裂片石莼密度增加促使菌门Proteobacteria相对丰度显著性增加，而不同OTC水平（0-500µg/L）对菌门Nitrospirae、Spirochaetes、Gemmatimonadetes、Firmicutes、Bacteroidetes和Chloroflexi的相对丰度产生了显著性影响。研究不同大型海藻及其与OTC复合压力下对ARGs影响发现养殖沉积物共检测出257种ARGs亚型，一个月内各沉积物样品中总ARGs含量未发生显著变化，而不同ARGs种类发生了显著影响。单独海藻铁钉菜培养条件下四环素类耐药基因 tetPB的绝对丰度显著性下降。而裂片石莼与OTC复合存在时tetO、otrA和tetPB的绝对丰度有所增加，与单独海藻栽培时相比OTC压力下促使四环素类耐药基因 tetM和tetW向tetO转化。铁钉菜与OTC复合时tetO、otrA和tetT的绝对丰度有所下降。裂片石莼不同密度作用3个月发现总ARGs的相对丰度升高，随着裂片石莼密度与OTC残留水平的增加，多肽类和MLS类ARGs相对丰度显著增加，这与对应ARGs编码的抗性机理密切相关。对于典型四环素类耐药基因，裂片石莼密度升高分别对tetT、tetW、otrA和tetO、tetM的基因数量产生显著下降和升高的作用。微量水平OTC（10和100µg/L）促进典型TRGs的富集，其富集作用明显高于500µg/LOTC，表明低浓度抗生素水平下会诱导ARGs的产生。