纳米颗粒物对河口水环境中微生物群落及抗生素抗性基因的影响

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nimashabi2009
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
纳米颗粒物(Nanoparticles,NPs)具有独特的理化性质,可与其它污染物相互作用,进而影响它们的赋存和生态效应等行为。抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)作为一种新型环境污染物,严重威胁人类的健康和生态安全。同时,多项研究发现NPs能促进单株细菌间质粒介导的ARGs的水平基因转移(HGT)频率,从而增加ARGs的传播风险。然而,在自然环境中NPs对ARGs传播的影响尚未可知。河口及近海区域是海洋与河流或陆地交汇的重要过渡区域,地理位置特殊具有重要的生态价值,一直以来都是环境地学研究的热点区域。研究表明,在河口水环境中ARGs和NPs广泛赋存,那么NPs会对微生物群落和ARGs产生怎样的影响,尚待研究。本文以长江口水域为研究对象,首先补充分析了长江口及近海水环境中ARGs的种类,分布,丰度及其相关的环境因子;在此基础上,分析了典型NPs(ZnO NPs)暴露下长江口水体(滨岸和近海)中微生物群落结构和ARGs丰度的变化,并通过探讨ARGs、移动遗传元件(MGEs)、抗金属基因(MRGs)、溶解态金属离子与微生物群落之间的关系来阐明ZnO NPs的潜在作用机制;基于自然环境中多污染物共存的情况,调查了河口水环境中微生物群落及ARGs对Cu NPs和ZnO NPs复合暴露的生态响应。基于上述研究,主要得到以下结论:(1)长江口水体中ARG普遍存在。大多数ARGs的分布和丰度在表层水和沉积物中表现出不同的空间变化趋势。就总ARG相对丰度的分布特征而言,在表层水中,最大悬浮颗粒带(TMZ)的样品中总ARGs的相对丰度高于口内和口外区域;在沉积物中,总ARGs的相对丰度表现出从口内到口外增加的趋势。这可能意味着悬浮颗粒物(SPM)是表层水中的ARG和抗性细菌存在的热点区域。MGE(intI1)与表层水中和沉积物中的部分ARGs显著相关,这表明intI1可能参与调控抗生素抗性基因在长江口的空间变化。此外,长江口河口中的ARGs的空间变化与各种环境因素相关。在表层水中,磺胺类抗生素的浓度,溶解态金属,SPM中的金属,以及样品理化性质(包括温度,SPM,NO3-和叶绿素a)都与ARGs显著相关。金属浓度,尤其是生物可利用态的金属,以及环境因素(包括温度,盐度,pH,砂粒,粉粒和粘粒)等都可能参与了调节沉积物中ARGs的发生和分布。(2)暴露于ZnO NPs后,河口滨岸水环境中总ARG的含量增加,这种现象在低剂量(0.2和1 mg/L)暴露的情况下更明显。环境相关浓度的ZnO NPs可能会对sul1、tetA、ermB和qnrS这四种ARGs具有选择作用,而高浓度(10 mg/L)的ZnO NPs对sul2和tetW的选择性更强。将暴露于NP的ARG的丰度与相应空白进行标准化处理后,盐度相对较高的DH样品在暴露结束时ARGs的NV值最高,这表明盐度可能会影响水体中ARG的传播潜力。ARGs和MGEs(Tn916/1545和intI1)显著正相关性表明ZnO NPs暴露会增加长江口滨岸水体通过HGT传播ARG的潜力。在细菌门和属的分类水平上,微生物群落对ZnO NPs暴露的响应均表现出剂量和时间依赖效应。尽管微生物的绝对丰度在暴露于ZnO NPs之后显示出下降的趋势,但经过归一化处理后发现绝对丰度表现出先抑制后反弹的趋势。RDA分析表明,与MGE和溶解态Zn2+相比,微生物群落对暴露于ZnO NPs后河口水体中ARGs的变化贡献更大。网络图分析评估了ARG的可能宿主细菌,结果表明一些细菌可能是多种ARGs的潜在宿主,这些细菌的存在可能增加ARGs在河口环境中的传播风险。(3)环境相关浓度的ZnO NPs暴露后,长江口及近海水体中的部分ARGs(sul1,sul2和tetA)也出现了富集的现象,这种现象在口外的S13水样中更为明显。这表明在环境相关浓度的ZnO NPs暴露下,口外水体环境中的微生物比口内及TMZ区域更容易富集和传播ARGs。但是,总的来看,滨岸水环境比河口水环境更易富集和传播ARGs。RDA分析发现,细菌群落是ARGs变化的主要驱动因素。口内的S4和TMZ区域的S9样点中的微生物在暴露于ZnO NPs后普遍被抑制,相对丰度下降,但是口外的S13样品中大部分微生物的丰度却呈上升的趋势,这可能是导致S13样点中ARGs丰度升高的原因。网络分析图找到了多种ARGs的潜在宿主菌,其中细菌Paraperlucidibaca广泛分布在从口内到口外的水域中,是一种多抗性细菌,是ARGs(sul1和tetA)的潜在宿主。此外,通过传统平板培养分离法得到了原始水样中抗磺胺嘧啶和四环素的ARB,Sphingomonas sp.和Marinobacter sp.,这两种细菌在网络分析中也被鉴定为sul1,tetA和tetW这三种ARGs的潜在宿主。因此,多种分析证明了在河口水域中,这些多抗性细菌与ARGs的传播息息相关,而环境浓度的ZnO NPs暴露会诱导这类细菌的生长,从而加剧河口水体中ARGs的传播风险。(4)环境浓度的Cu NPs暴露后,会导致河口水体中ARGs的衰减,通过对照组的分析发现NPs溶出的Cu2+贡献较大。此外,相关性分析表明,MGEs与ARGs的丰度显著相关,说明Cu NPs暴露可能会降低ARG通过HGT在河口水域中的传播潜力。而当Cu NPs和ZnO NPs复合暴露时,水体中的ARGs和两种抗锌基因(znt A和znt B)表现出了富集的现象,且ARGs与znt A和zntB显著相关。这表明在河口环境中,环境相关浓度的Cu NPs和ZnO NP同时存在时,可能会诱导金属共选择从而增强ARGs在河口水环境中的富集和传播。不论在门分类水平还是属分类水平上,Cu NPs和ZnO NP复合暴露时,微生物群落结构会发生显著改变。冗余分析表明,除了溶解态Cu2+外,微生物群落,MRGs,MGEs和溶解态Zn2+均与ARGs丰度的变化相关。网络分析结果表明一些条件致病菌(如:Mycobacterium,Escherichia coli)可能是sul1的潜在宿主,这类细菌的存在可能会增加ARGs在河口水环境中的传播潜力,引起潜在的健康风险。本论文明确了长江口水环境中ARGs的赋存情况,在一定程度上揭示了影响ARGs传播的环境因子,并探索了典型NPs单独或复合暴露对河口水体中微生物群落结构和ARGs的影响,对了解自然环境中NPs如何影响ARGs的分布及传播具有一定的启示作用。
其他文献
“漫游奇境”是一个非常古老的故事类型,在世界各民族的神话、民间传说和民间童话中都存在大量的表述。约瑟夫·坎贝尔的《千面英雄》将这种故事模式称之为“英雄出发探寻神
高校学生网络贷款引发的不良事件已然成为人们关注的热点,大学生消费心理不成熟、相关单位监管不到位,大学生与套路网贷引发的悲剧事件层出不穷。本文从大学生使用网贷的现状
文章以2015年浙江省高考文言文《太平州学记》为例,探索了高三语文文言文的分层教学模式。
自2013年中国提出“一带一路”倡议以来,全球舆论态度经历了“观望—质疑—支持—合作”的转变。其中,印度一直在“最关注‘一带一路’的国家”榜上有名,印度对待“一带一路
<正>~~
目的探讨改良式助产法在分娩中的应用价值。方法我院住院分娩的孕妇210例,随机分为观察组和对照组各105例。观察组产妇在分娩过程中均使用改良式助产法,对照组产妇在分娩过程
本文分析了海南黎族特色发酵食品"鱼茶"中的菌株,并优化了其发酵工艺。根据国标方法,乳酸菌的量为2.9×10~5CFU/g,进一步使用基于MALDLTOF/TOF的质谱方法对菌落鉴定,得知优势
作为物联网核心技术的无线传感器网络具有十分广阔的应用前景。随着微电子技术的进步,低成本的无线传感器网络将会逐渐普及。介绍了无线传感器网络体系结构、特点和标准,并对
本文在分析高校对口支援工作体系中多元主体不同动因的基础上,结合浙江大学对口支援贵州大学十年工作实践,提出了激活多层次主体工作活力的措施与方法,以期为做好新形势下对口支
国发[1994]33号 1994年4月12日现将《90年代国家产业政策纲要》印发给你们,请认真贯彻执行。指定产业政策
期刊