東北地理所在黑土農田抗生素抗性基因污染研究上取得進展
東北黑土是我國重要的土壤資源，在保障國家糧食和生態安全上具有重要的地位。然而由于多年來過度的墾殖和粗放的管理，黑土農田退化問題日益嚴重，其突出表現為耕層土壤有機質含量降低，導致土壤養分和水分庫容變小。眾所周知，施用有機肥可以有效提高土壤肥力、改善土壤理化及生物學性狀、緩解土壤退化，但也會引入了抗生素抗性基因（ARGs）和耐藥病原菌污染，給土壤健康帶來潛在威脅。然而，針對黑土農田ARGs污染問題的研究尚未引起關注。
為此，東北地理與農業生態研究所農田分子生態學科組依托在黑土樣帶上建立的四個長期定位施肥試驗，以及從哈爾濱周邊農田采集的有機肥不同施用量和施用年限的土壤樣品，采用高通量熒光定量PCR技術，解析出樣品中ARGs多樣性和豐度變化。發現施用禽畜糞便有機肥顯著增加了土壤中ARGs和可移動遺傳元件（MGEs）的數目和豐度（圖1）。ARGs的組成不受采樣地點分布的影響，其差異主要與施肥制度有關。與單施化肥對照處理相比，增施有機肥促進了ARGs在土壤中的富集。其中，在公主嶺試驗站中發現有44個ARGs富集倍數超過1000倍。可見長期施用有機肥引起黑土農田ARGs富集污染是一個不容忽視的生態環境問題。
有機質是黑土農田一個核心指標。為了明晰黑土農田ARGs的傳播是否受到土壤有機質含量的影響，團隊成員利用3種有機質含量差異顯著的農田黑土，通過添加和不添加雞糞處理，建立了微宇宙培養實驗。在培養的0、15和30天采集土壤樣品，分析樣品中ARGs和細菌群落變化情況。研究發現添加雞糞處理增加了土壤中ARGs和MGEs的數目，相關分析表明ARGs的相對豐度與土壤有機質含量成負相關，來源于雞糞中的23個ARGs的絕對豐度與土壤有機質含量呈顯著負相關關系。普氏分析（Procrustes揭示出土壤細菌群落與ARGs組成之間存在顯著相關性（圖2）。結構方程模型（SEM）表明，土壤中有機質含量降低能夠增加土壤細菌多樣性、降低細菌豐度，從而增加土壤中MGEs的豐度，最終促進了ARGs在土壤中的傳播（圖3）。該研究發現間接指出了采取合理的農藝措施，如秸稈還田提高土壤有機質含量可能在阻控ARGs在黑土農田中的傳播起到重要的作用。
相關研究發現于2020年和2021年分別發表在Journal of Hazardous Materials（IF 10.59）和Ecotoxicolgy and Environmental Safety（IF 6.29）上。博士研究生李森為論文的第一作者，王光華研究員為通訊作者。研究得到黑龍江省自然科學重點基金（ZD2018009）、中科院戰略先導計劃（XDA23060503）和國家重點研發（2017YFD0200604）等項目的資助。
論文信息：
Li Sen, Yao Qin, Liu Junjie, Wei Dan, Zhou Baoku, Zhu Ping, Cui Xi’an, Jin Jian, Liu Xiaobing, and Wang Guanghua*. Profiles of antibiotic resistome with animal manure application in black soils of northeast China. Journal of Hazardous Materials, 2020, 384: 121216. doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121216.
Li Sen, Liu Junjie, Yao Qin, Yu Zhenhua, Li Yansheng, Jin Jian, Liu Xiaobing, Wang Guanghua*. Potential role of organic matter in the transmission of antibiotic resistance genes in black soils. Ecotoxicolgy and Environmental Safety, 2021, 227: 112946. doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112946.
圖1施肥制度對東北黑土農田ARGs數目的影響。樣品采自公主嶺（GZL）、哈爾濱民主鄉（MZX）、海倫（HAL）和黑河（HH）的長期定位施肥試驗，以及雙城（SC）和呼蘭（HUL）的野外農田。GCF、MCF、CF、HCF、SCK 和 HCK 表示不同地點單施化肥對照處理；M表示施用有機肥，MC表示化肥配施有機肥；野外農田中的P、C和S分別代表施用雞糞、牛糞和豬糞；符號后面的阿拉伯數字代表用量（定位試驗）或施用年限（野外農田）
圖2普氏分析（Procrustes）顯示出ARGs組成與細菌群落之間具有顯著的相關性。B、H和L分別代表取自北安（有機質含量高）、海倫（有機質含量中）和梨樹（有機質含量低）的黑土；M表示添加雞糞處理
圖3結構方程模型（SEM）闡明了糞肥添加、土壤有機質、細菌多樣性、細菌豐度和MGEs對ARGs的直接和間接作用
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吉公網安備22017302000214號
