生物炭-蜡样芽孢杆菌联合施用对土壤和生菜中Cu和抗生素抗性基因影响研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:windlam
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畜禽粪便农用直接引入外源抗生素抗性基因(ARGs)和抗生素抗性细菌(ARBs),饲料添加剂的抗生素和Cu也可以促进ARGs在土壤中的增殖和传播,降低抗生素对致病菌的功效,从而危及人类健康。生物炭是很好农田土壤的改良剂和污染修复剂,纳米粒径生物炭(NBC)具有更大的比表面积以及更发达的微孔结构,表面含有更多的含氧官能团以及矿质元素对Cu具有很好的吸附性能,生物炭含有丰富的微孔,可以储存水分和营养物质,这为微生物的生存提供了良好的环境,蜡状芽孢杆菌对Cu具有较强的耐受性,但纳米生物炭(NBC)、蜡样芽孢杆菌以及联合施用对土壤蔬菜系统ARGs影响还不清楚,以及生菜生长周期短,又作为日常可生吃的蔬菜,其携带ARGs的致病菌可对人体产生直接危害。因此,本研究通过盆栽试验分析不同生物炭、蜡样芽孢杆菌以及两者联合施用对土壤中Cu有效性,以及对土壤质量、细菌结构、生菜生长、土壤和蔬菜中ARGs、Cu的抗性基因(CRGs)和MGEs(可移动基因元件)的影响,并通过Network分析以及偏最小二乘路径模型(PLS-PM)揭示驱动土壤和生菜中ARGs变化的内在机制。提出适用于削减ARGs丰度、促进生菜生长和改善土壤质量的有效方法。主要研究结论如下:(1)A1(2 kg/亩蜡样芽孢杆菌)和T1(2 kg/亩蜡样芽孢杆菌+0.5%NBC)处理更有利于缓解根际土壤和生菜中ARGs的压力。与CK相比,CRGs、ARGs和MGEs的相对丰度显著降低,Pearson相关性可知A1和T1处理通过抑制MGEs转移,进而缓解土壤和生菜中ARGs的水平传播。(2)添加生物炭、蜡样芽孢杆菌或者二者联合施用在一定程度上提高土壤pH值和有机质含量,有利于加速养分转化,促进了水稳性大团聚体的形成,降低土壤中Cu的有效性,其中T1效果最好。A2和T1处理有利于显著降低丙二醛(MDA)和脯氨酸(PRO)含量,提高过氧化氢酶(CAT含)量来增加其抗逆性,以及提高生菜叶绿素含量进而有利于其生长,并使得Cu在根部富集,限制Cu向地上部运输进而达到缓解Cu毒害的作用。(3)单独施加生物炭和蜡样芽孢杆菌,以及生物炭-蜡样芽孢杆菌联合使得根际土中细菌群落多样性和丰富度降低,而非根际土和植株中却增加。相较于非根际区,Proteobacteria、unidentified-Bacteria、Actinobacteria 和 Acidobacteriota 容易在根际区富集。A1、B2[4 kg/亩蜡样芽孢杆菌+2%BC(苹果树枝生物炭)]、T1和T2(4 kg/亩蜡样芽孢杆菌+0.5%NBC)处理使得人类疾病的绝对丰度降低,进而降低致病菌携带ARGs和人类疾病传播带来的风险,降低ARGs对人类的危害。(4)利用PLS-PM分析表明根际土壤中ARGs由MGEs直接影响,其次由土壤环境因子、细菌群落、有效Cu和CRGs直接或间接的产生影响。变形菌门、厚壁菌门和放线菌门为ARGs的主要潜在宿主菌,T1处理使得Acinetobacter、unidentifiedBIrii41和Lute imonas的丰度减少,降低ARGs的垂直传播。植株体内ARGs变化主要由CRGs直接影响,其次是细菌群落、植株铜含量和MGEs直接或间接的产生影响。变形菌门、厚壁菌门和放线菌门为ARGs的主要潜在宿主菌,T1处理使得植株体内ARGs的潜在宿主Pseu doxanthomonas、Corynebacterium、Staphylococcus、Pedobact er、Bacillus和Pseudarthrobacter丰度,进而减少ARGs的垂直传播。综上所述,T1处理可以有效降低土壤中Cu生物有效性,并使得Cu在根系富集增加,以及限制其向地上部分转运,降低土壤根际区细菌群落多样性和丰富度,增加植株中细菌群落多样性和丰富度,降低土壤-生菜系统中人类致病菌丰度,改善土壤质量,降低土壤-生菜系统中MGEs和ARGs累积和转运。本研究为缓解土壤污染压力、改善生态环境、保障粮食质量和人类生命安全提供理论依据。
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