西南大学徐卫红教授团队丨携带抗生素抗性基因和重金属抗性基因的细菌在受粪肥影响的土壤剖面中的垂直迁移

文摘 2024-12-08 07:50 广东

来源：农业环境科学（2024年12月5日）

近日，国家大宗蔬菜产业技术体系品质调控岗位专家、西南大学资源环境学院徐卫红教授团队在环境领域中科院一区top期刊Biology and Fertility of Soils上发表了题为“Vertical migration of bacteria bearing antibiotic resistance genes and heavy metal resistance genes through a soil profile as affected by manure”研究论文。该论文采用16S、宏基因测序和长期定位田间试验，研究了长期施用鸡粪对土壤中抗生素、重金属及抗性基因垂直分布的影响，揭示了连续施用粪肥菜田抗性基因在土壤垂直空间的传播特征，增强了我们对长期施用鸡粪后土壤抗性基因垂直空间分布的认识，也为土壤环境质量管理提供了科学依据。

关键词：鸡粪；抗性基因；细菌；抗生素；重金属

未经处理的鸡粪施用会导致大量抗生素和重金属进入土壤环境，环境中高浓度的重金属和抗生素促进抗性基因的传播扩散。然而，抗性基因的传播不仅发生于表层土壤，还会可能沿着土壤垂直方向向下扩散。目前，对土壤剖面中抗生素耐药基因（ARGs）和重金属耐药基因（HMRGs）的研究比较有限。长期定位施肥试验是研究上述问题的理想手段。

粪肥持续施用引入的抗生素和重金属在土壤不断累积，长期的选择压力促进了抗生素抗性基因和重金属抗性基因在土壤中的盛行。抗性基因依靠可移动基因原件进行水平基因转移，在细菌和可移动基因原件的携带下可能向下扩散。因此，长期施用粪肥导致的ARGs和HMRGs污染的深度，以及与施用粪肥量的关系，需要进一步阐明。

通过对鸡粪污染菜田土壤剖面进行了研究发现，长期施用低量鸡粪显著改变了0 ~ 20 cm土层抗性基因的群落组成，而高量鸡粪对20 ~ 40 cm土层ARGs和HMRGs的群落组成也具有显著影响。该研究结果促进了对ARGs和HMRGs垂直传播的认知。

西南大学资源环境学院梁军伟博士、韩雨柔和赵暕硕士为文章的共同第一作者，西南大学资源环境学院徐卫红教授为责任通讯作者，西南大学资源环境学院陈玉成教授也参与了研究工作。该研究得到了国家自然科学基金项目（32272801）、现代农业产业技术体系建设专项(CARS-23-B08)和国家重点研发计划项目（2018YFD0201200）的资助。

附图1

长期施用鸡粪对土壤中ARGs和HMRGs群落的影响a：ARGs的Shannon指数；b：相对丰度前15的ARGs所占比例；c、d、e、f分别为0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 80 cm土层ARGs的NMDS分析；g、h、i和j分别为0 ~ 20 cm、20 ~ 40 cm、40 ~ 60 cm和60 ~ 80 cm土层HMRGs的NMDS分析。

附图2

HMRGs和ARGs的影响因素分析。a：环境因子与HMRGs的RDA分析；b：环境因子与ARGs的RDA分析；c：重金属、抗生素和耐药基因的Spearman相关分析；ARGs (d)和HMRGs (e)与MGEs的Mantel test和Procrustes分析；ARGs (f)和HMRGs (g)的相对丰度与细菌相对丰度的线性回归方程分析；h:ARGs和HMRGs的Mantel test和Procrustes分析；i：共线性分析。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s00374-024-01878-x.

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