抗生素重复污染土壤中微生物的响应与抗性形成

抗生素是畜禽养殖中广泛使用的药剂，使用的抗生素大多以母体或代谢产物的形式排出体外，导致畜禽粪便中高浓度的抗生素残留。大量含有抗生素的禽畜粪便施于农田造成农田土壤污染，抗生素残留及其生物效应引起人们的关注。本项目针对含抗生素的畜禽粪肥长期不断施入土壤的状况，选择畜禽养殖饲料中广泛添加且量大的四环素类抗生素金霉素和磷酸多糖类抗生素黄霉素，参照其在畜禽粪便中的残留水平，两种抗生素单一和复合形式并采用直接添加和与肥料共施添加两种方式处理土壤，研究：1）抗生素的降解与积累性；2）土壤生物学功能的变化；3）土壤微生物种群数量和结构的变化；4）抗生素诱导微生物群落耐性的形成及其剂量效应；5）分离鉴定抗性菌并分析其抗性谱。研究可望阐明单一和复合抗生素长期投入土壤中微生物种群结构和功能多样性的变化、抗生素诱导微生物群落抗性的形成及其剂量效应，对于认识抗生素污染对土壤质量与健康的影响具有重要的科学价值。

金霉素和磺胺嘧啶分别是畜禽养殖饲料中添加量大的四环素类和磺胺类抗生素，为评价其长期污染对土壤健康的影响，在单一与复合条件下与有机肥共同重复处理土壤，开展了抗生素在土壤中的降解特征、土壤生物学功能、土壤微生物结构多样性以及污染诱导群落抗性的形成机制等方面的研究。主要研究结果如下：.1．五次重复处理期间，金霉素和磺胺嘧啶在土壤中的降解均呈现前期快，后期缓慢的特点，两种抗生素在7 d内的降解速率随着处理频率呈现先降低后加快的弹性恢复趋势，其中金霉素处理恢复趋势更加快速。.2．采用底物诱导法测定土壤呼吸CO2释放量，结果显示前两次处理期间，抗生素各处理土壤培养7 h后的CO2释放量均低于有机肥处理土壤，但第三、四和五次处理期间，土壤CO2释放量逐渐恢复甚至超过有机肥处理土壤；培养24 h后这种“抑制-恢复-刺激”的变化趋势更加明显。.3. 通过比色法测定土壤脲酶和脱氢酶活性，结果显示前三次处理期间，抗生素各处理土壤脲酶和脱氢酶活性与有机肥处理土壤相当，但第四次处理后， 金霉素单一及其与磺胺嘧啶复合处理对两种酶的活性有一定刺激作用。.4．采用BIOLOG ECO微平板法测定土壤微生物碳源利用多样性，结果显示金霉素和磺胺嘧啶第一次处理后土壤微生物AWCD值、Simpson、Shannon和McIntosh指数均低于有机肥处理土壤，土壤微生物多样性受到一定的抑制作用，但这种影响随着处理次数的增加逐步消失，到第三次处理后土壤微生物多样性均已恢复至或超过有机肥处理土壤水平。.5．采用16S rDNA PCR-TGGE法分析土壤微生物群落结构组成的变化，结果显示五次重复处理期间各处理土壤之间发现11条差异条带，通过克隆测序分析后发现大部分属于Firmicutes类细菌，其它属于Actinobacteria和Proteobacteria类细菌。.6. 采用焦磷酸测序法分析土壤微生物种群多样性，结果显示抗生素重复处理土壤中优势微生物种属Clostridium sensu stricto、Sphingomonas、 Clostridium XI和TM7明显高于对照土壤，但土壤微生物种群多样性有所下降。.7．采用BIOLOG法测定土壤微生物群落诱导抗性及交叉抗性，结果显示金霉素和磺胺嘧啶处理土壤微生物诱导抗性及其交叉抗性明显高于有机肥处理土壤，并且这种诱导抗性随着抗生素处理频率而显著上升。