论文部分内容阅读
随着畜禽养殖行业的发展,中国逐渐成为世界上最大的抗生素生产和使用国。由于抗生素在饲料中的过量使用,及其被畜禽摄入后不能完全被动物体吸收,因此大部分抗生素以原药、代谢物的形式排泄出来。重金属在畜禽的生长发育过程具有重要作用,畜禽饲料中会添加一定量的重金属,但饲料中的重金属往往添加量大于需求量,不能被吸收的重金属会随畜禽粪便排出体外。随畜禽粪便的农用,抗生素和重金属进入土壤并积累产生复合污染。为分析抗生素与重金属单一和复合污染对土壤活性的影响,本研究选用抗生素磺胺二甲嘧啶(sulfadimidine,SM2)、恩诺沙星(enrofloxacin,ENR)、土霉素(oxytetracycline,OTC)和重金属铜(copper,Cu)作为污染物,分别为4水平(ENR、OTC、SM2各4个质量含量:0、0.05、0.20、0.80 mmol?kg-1)和2水平(Cu质量含量为0、1.60 mmol?kg-1),按照摩尔比1:2、1:8、1:32设计实验方案;将土壤微生物作为研究对象,传统手段结合现代分子生物学技术,研究不同实验周期下(7 d、14 d、21 d、28 d)微生物群落结构、功能基因(三种碳循环基因:cbbM、cbbLR、cbblG,四种氮循环基因:apr、narG、nirS、nifH)、抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的变化,评价这三种抗生素及Cu的生态毒理效应,为环境危险评价提供科学依据。具体结果如下:(1)抗生素单一污染时,SM2处理组与CK组相比,cbbM基因在7 d、28 d时含量下降明显,cbbLR基因在0.8SM2(SM2染毒浓度为0.80 mmol?kg-1)处理下,基因含量在实验前期下降,实验后期恢复至CK组水平;抗生素种类对基因含量也有不同影响,如cbbLG基因,ENR单一污染时,其含量在14 d、21 d增加明显,在28 d恢复至CK组水平(除0.2ENR外),OTC单一污染,其含量均高于CK组;ENR、OTC低浓度组(0.05、0.2 mmol?kg-1)对RubisCO酶活性有激活,高浓度组在实验后期会抑制酶活性。在三种抗生素单一污染均发现,ARGs含量是会明显增加的。末端限制性片段长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)实验中,抗生素单一污染对不同长度片段影响较大,不同抗生素对同一片段影响不同,14 d时SM2单一污染组中,随抗生素浓度增加,片段66 bp比例逐渐降低,由65%(0.05SM2)降到47%(0.8SM2),在OTC单一污染组中,随抗生素浓度增加,片段66 bp比例先减少后增加,由73%(0.05OTC)降到45%(0.2OTC)再增到64%(0.8OTC)。(2)Cu单一污染时,大多数浓度处理组Cu对土壤氮、碳循环过程具有促进作用,四种氮循环基因(apr、narG、nirS、nifH)含量均有一定增加,对于RubisCO,除14 d时酶活性降低(抑制率33.33%)外,其余三个时期酶活性均比对照组增强;Cu还对土壤ARGs的含量起到促进作用,表明Cu可能是导致ARG环境中传播的潜在因素。(3)抗生素和Cu复合污染时,SM2和Cu复合污染处理在7 d时,narG基因含量随染毒浓度的增加而降低,14 d时narG基因含量随染毒浓度的增加而增加。不同的基因对复合污染的反应也不尽相同,如ENR与Cu复合污染,在28 d时,0.2ENR+Cu处理组中narG基因含量与CK组相比均有明显降低,而nirS基因含量明显增加。RubisCO活性的实验中,在实验后期,三种抗生素和Cu复合污染均表现为协同作用,对酶活性的激活作用减弱。T-RFLP实验中,复合污染时对某些微生物影响很大,如14 d时片段51 bp在SM2+Cu、OTC+Cu复合污染时,随抗生素浓度增加,含量降低,最低至0。土壤中的重金属与抗生素对ARGs存在复合选择压力,OTC和Cu复合污染时,高浓度组0.8OTC+Cu比0.05OTC+Cu、0.2OTC+Cu对tetM的影响大。