论文部分内容阅读
近年来,由于抗生素的大量使用,水环境中抗生素和抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染日益加剧,其在水环境中的分布和传播机制已成为世界各国普遍关注的问题。湖泊作为地球上最重要的水资源之一,与人类的生存、繁衍和发展息息相关。虽然近年来抗生素和抗生素抗性基因在湖泊中的传播受到了越来越多的关注,但目前大多数的研究主要集中在中东部湖泊,而针对西北干旱地区典型盐湖的研究十分有限。本研究采集了典型盐湖新疆艾比湖及两条入湖河流冬季与夏季的表层水与沉积物样品,对表层水与沉积物中抗生素、抗生素抗性基因以及沉积物中的微生物群落分别进行检测。初步系统地研究了艾比湖流域抗生素、抗生素抗性基因时空分异特征及其与主要环境因子的相关关系,沉积物中微生物群落组成与结构及其对抗生素、抗生素抗性基因污染的响应关系,并结合室内微生物培养实验研究了盐度和抗生素对艾比湖沉积物中微生物群落结构的演化影响。获得主要结果如下:（1）艾比湖流域表层水与沉积物中4大类共12种抗生素浓度普遍处于ng/L水平,在季节变化水平上总体表现为冬季>夏季。冬季表层水中抗生素总浓度范围为46.03465.80ng/L,平均浓度为189.40 ng/L,大环内酯类抗生素（52.5%）占比最高,抗生素总体污染呈精河>博尔塔拉河>艾比湖的规律;夏季表层水中抗生素总浓度范围为26.94537.17ng/L,平均浓度为103.97 ng/L,磺胺类抗生素（63.4%）占比最高,污染总体呈艾比湖>博尔塔拉河>精河的规律。冬季沉积物中抗生素总浓度范围为1.6592.68 ng/g,平均浓度为27.38 ng/g;夏季沉积物中抗生素总浓度范围为7.7222.46 ng/g,平均浓度为13.34 ng/g。沉积物中冬季主要为大环内酯类抗生素（52.2%）,夏季以喹诺酮类抗生素（60.2%）污染为主,抗生素总体污染均呈精河>博尔塔拉河>艾比湖的规律。风险熵值法计算得出:艾比湖流域表层水中磺胺甲恶唑与氧氟沙星表现出高环境风险。（2）对艾比湖流域磺胺类抗性基因（sul1、sul2）、大环内酯类抗性基因（ermB）、四环素类抗性基因（tetW）、喹诺酮类抗性基因（qnrS）与整合子int1进行检测。其中,表层水ARGs冬季相对丰度范围为10-110-5 copies/16S rRNA,夏季相对丰度范围为10-110-2copies/16S rRNA。冬季与夏季各ARGs相对丰度总体趋势相同均为:sul1>int1>sul2>tetW>ermB>qnrS。沉积物中ARGs相对丰度范围冬季与夏季均为10-210-5 copies/16S rRNA。冬季ARGs相对丰度由大到小依次为:sul1>int1>sul2>tetW>ermB>qnrS;夏季为:sul1>sul2>int1>tetW>ermB>qnrS。沉积物中两种磺胺类抗性基因sul1和sul2与整合子int1表现出显著的正相关性,促进了磺胺类抗性基因的水平基因转移。（3）艾比湖流域沉积物中微生物群落多样性与丰度存在明显季节与空间变化,入湖河流微生物群落多样性与丰度均为夏季高于冬季,而艾比湖内为冬季高于夏季。入湖河流沉积物微生物群落组成中以Proteobacteria（变形菌门）为主,艾比湖内以Chloroflexi（绿弯菌门）为主,电导率是影响入湖河流与艾比湖内沉积物中微生物群落差异的关键环境因子。（4）艾比湖流域沉积物中大环内酯类、四环素类与喹诺酮类抗生素与Patescibacteria（放线菌门）和Bacteroidetes（拟杆菌门）呈显著正相关,与Gemmatimonadetes（芽单胞菌门）呈显著负相关。磺胺类抗生素仅与Firmicutes（厚壁菌门）呈负相关,与Chloroflexi（绿弯菌门）呈正相关,Network分析显示磺胺类抗性基因中sul2拥有的65个潜在宿主菌,Phenylobacterium、Zoogloea、Pedobacter和Nitrospira等16个菌属可能是int1和sul1共同潜在宿主菌。（5）室内小试实验表明:盐度的升高会降低沉积物中微生物群落的多样性。盐胁迫下磺胺甲恶唑的污染会进一步降低微生物群落多样性,尤其是在高盐度条件下。而微生物群落的丰度对盐度的响应则不明显,磺胺甲恶唑可能作为碳源促进微生物的繁殖,使微生物群落丰度上升。Firmicutes（厚壁菌门）和Proteobacteria（变形菌门）为优势菌门。其中Bacillus（芽孢杆菌）与Thalassobacillus（海洋芽孢杆菌属）为高盐度下绝对优势菌属。盐胁迫下磺胺甲恶唑污染会影响微生物膜转运等功能基因。