老化生物炭对蔬菜累积抗生素抗性基因的影响

来源 :山西大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:davidphoenix
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兽用抗生素的长期滥用诱导了抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在环境中的产生与传播,土壤是其重要的储存库。同时,土壤中重金属的存在,也发挥着对ARGs持久性的选择压力,使ARGs可以通过作物根系吸收、累积,并通过食物链传播,对人类健康构成威胁。生物炭(Biochar)是常见的土壤改良剂,因其具有孔隙发达、比表面积大和官能团丰富等特性,对维持土壤生态平衡具有重要意义,且在污染土壤的修复中应用广泛。生物炭在环境中会受到各种生物与非生物因子的氧化作用而发生老化,即其表面结构和理化性质发生改变,进而影响对土壤污染物的修复控制。故阐明老化作用对重金属-抗生素复合污染土壤中,植物对抗性基因累积的影响,有助于对生物炭长期应用的环境效益做准确评估。在本研究中,以玉米秸秆作为原料制备新鲜生物炭(原始炭,BC),采用H2O2-干湿-冻融交替循环的方法对原始炭进行老化得到老化炭(OBC)。将污染土壤与两种炭以不同剂量(0%,1%,2%,5%)进行充分混合,进行小白菜盆栽实验。比较了ARGs(tetW、tetX、sul2、ermB)、Ⅰ类整合子(intI1)在小白菜根际、非根际土壤中的丰度,以及土壤中重金属有效态含量(Pb、Cu、Cd)的变化,探讨生物炭老化前后对ARGs在土壤-作物系统中迁移的影响差异。在此基础上,探讨原始炭和老化炭对土壤有机质和土壤酶活性的影响,以揭示老化前后生物炭对复合污染土壤ARGs-重金属生物有效性的修复效果。本研究得出的主要结果如下:(1)土壤中ARGs和intI1基因绝对丰度的大小整体表现为:intI1>sul2>ermB>tetX>tetW。BC和OBC对根际土ARGs绝对丰度与相对丰度的变化基本一致,即tetW、sul2、ermB基因丰度减少,而tetX、intI1的丰度增加。而且,两种炭均改变了ARGs、intI1在根际土壤的分布,BC处理中非根际丰度值高于根际,OBC处理则为相反。相同剂量下,OBC处理根际土ARGs的丰度较高于BC,表明BC对ARGs的表达具有更好的阻抗作用。此外,ARGs和intI1可通过根际土壤迁移至植物体内,而生物炭的施加能够显著减少植物体内ARGs和intI1的累积,且BC比OBC具有更强的控制能力。(2)生物炭可以有效控制重金属在土壤-植物中的迁移。与不添加炭的对照相比,两种炭均可以使根际和非根际土壤Pb、Cu、Cd有效态含量显著降低(P<0.05),但根际与非根际土中的金属有效态含量不存在显著差异性。相比BC,OBC更易于固定土壤中的重金属,重金属有效性的降低较为明显,表明生物炭应用于土壤具有一定的长期稳定性。并且两种炭对重金属固定强度为:Pb>Cu>Cd。此外,相比BC,OBC减少了植物对重金属的摄取,有效降低了重金属的植物有效性。通过皮尔逊相关性分析得到,根际土壤中有效态Cu、有效态Pb与tetX(r=-0.555-0.602,P<0.01),以及有效态Cu与intI1(r=-0.634,P<0.01)具有显著相关性,这表明植物根际重金属的存在对土壤ARGs的迁移与扩散具有较大的影响。(3)生物炭对复合污染土壤有机质含量、土壤酶活性有一定的改善作用。相比非根际土壤,BC和OBC使根际土的有机质含量显著提高(P<0.05),且BC较OBC的效果更好。生物炭对土壤脲酶活性产生一定的抑制作用,且根际、非根际土之间无差异。两种炭均使土壤中的碱性磷酸酶和蔗糖酶活性升高,且根际酶活值高于非根际,仅在5%添加比例下存在显著差异(P<0.05)。OBC对酶活性较BC具有更明显的促进作用。此外,通过皮尔逊相关性分析表明,土壤有机质、土壤酶活性对土壤ARGs、重金属有效态的分布产生一定的影响。
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