土壤典型污染物对抗生素抗性基因接合转移的影响及作用机制

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ryan_cheng
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抗生素抗性基因(ARGs)在土壤中的水平转移已经威胁到土壤生态系统的健康与安全,并由于土-水-植物间的接触迁移给人体健康带来极大的健康风险。已知土壤中重金属、抗生素、消毒剂、纳米颗粒等污染物会对ARGs的水平转移产生重要的影响,这涉及到ARGs在土壤水相-细菌-污染物间的多介质界面行为与过程。但目前多关注于ARGs在土壤中的丰度及迁移,而对土壤中典型污染物(如重金属、PAHs及表面活性剂)及其复合污染物影响ARGs接合转移的作用机制尚不清楚。因此,本论文以ARGs在供体菌-受体菌间接合转移的界面过程、界面性质及基因表达为抓手,建立以E.coli(RP4)为供体菌和Klebsiella Trevisan为受体菌的跨属接合转移体系,选择Cd离子、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和菲为土壤典型污染物,着重探讨了上述污染物及其复合污染物对ARGs在供体菌-受体菌-土壤水相间接合转移的影响及作用机制,研究结果以期为土壤中ARGs的控制和消减提供理论支撑,由此保障土壤生态系统的健康和安全及降低人体健康风险。本论文取得以下有价值的研究结果:(1)发现SDBS(10 mg/L~80 mg/L)和菲(1 mg/L)对RP4接合转移具有促进作用,使接合频率增加2~4倍;而Cd2+(0.1 mg/L~2 mg/L)则抑制了RP4在跨属细菌间的接合转移,接合频率低至0.32×10-6;(2)明确了供-受体菌的细胞界面性质与RP4接合转移呈正相关,如细菌脂肪酸甲酯中的二十碳五烯酸(C20:5)与CSH呈显著正相关(R2=0.86),且都与接合转移频率呈正相关;(3)探明了SDBS和菲促进RP4接合转移频率的机制。SDBS(10 mg/L~80mg/L)和菲(1 mg/L)增大了细菌细胞界面疏水性(1.4~1.8倍),生物膜形成能力增强(1.7~1.8倍),从而提高了RP4的接合转移频率。另外,上述浓度的SDBS和菲促进了细胞活性氧的产生与积累(1.25~1.3倍),受体菌外膜孔蛋白的表达升高(1.4~1.5倍),从而导致细胞膜通透性增大1.2~1.3倍,促进了RP4的接合转移。然Cd2+(0.1 mg/L~2 mg/L)却与之相反。(4)SDBS和菲通过抑制kor A和kor B的m RNA表达(0.023倍,0.020倍),激活了trb B的m RNA表达(206倍,2.26倍),从而促使供体菌-受体菌之间的接触;通过抑制kor B和trb A的表达(0.026倍,0.021倍),促进RP4的转移和复制;通过提高tra F的表达(159倍,2.68倍)来促进接合转移的发生。Cd2+反之。(5)证实了重金属污染较重的土壤比轻污染土壤RP4转移频率高,一方面是由于土壤中重金属(Zn、Mn、Cu)增大了细胞界面疏水性,另一方面是由于Ca2+、Mg2+使细胞形成感受态,有利于RP4的进入,从而提高了接合频率。
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