苯醚甲环唑在土壤中的消解及其对土壤微生物和烟曲霉敏感性的影响

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三唑类农用杀菌剂主要通过抑制真菌麦角甾醇生物合成途径中的关键酶—14α-脱甲基化酶来阻断该生化反应从而达到杀菌目的,由于其优异的杀菌性能与广谱的杀菌范围,在全世界各地的农业、园艺、医疗、木材防腐等领域中都有着极为广泛的应用。苯醚甲环唑作为三唑类农用杀菌剂的一种,其销量与产量均逐年攀升,成为市场上农用三唑杀菌剂主力品种。因此,苯醚甲环唑在土壤中的残留情况、对土壤微生物的影响以及其余环境生态效应也同样值得公众的关注。烟曲霉Aspergillus fumigatus作为一种常见的人类条件致病菌,广泛地存在于土壤环境中,可以侵染免疫缺陷人群并造成极高的死亡率。考虑到临床治疗曲霉病主要使用的三唑类医药与苯醚甲环唑共享同一的杀菌机制,苯醚甲环唑的大量使用有可能会诱导烟曲霉对医药三唑产生交叉抗性。为了解苯醚甲环唑广泛使用可能带来的生态及环境效应,研究选择环境中可能的苯醚甲环唑残留水平(0.5-5mg/kg),在实验室条件下进行模拟,探究其消解特征、对土壤微生物群落结构的影响以及土壤中烟曲霉敏感性的变化情况。试验通过提取不同处理苯醚甲环唑土壤残留并用气相色谱检测,分析了其在土壤中的消解动态情况。结果表明在实验室模拟条件下,所有处理土壤中苯醚甲环唑的消解过程均呈现出了先快速、后减慢的趋势,0.5、1、2、5 mg/kg处理中苯醚甲环唑的半衰期分别为92.5、105.2、152.9和184.4天,半衰期随着处理浓度的提高而显著延长,苯醚甲环唑在土壤中的消解缓慢、持留期长。不同浓度苯醚甲环唑处理土壤中细菌的群落结构相互之间及与对照之间均无明显差异,说明其对土壤中细菌群落影响较小;而苯醚甲环唑对土壤中真菌的群落组成结构则有明显影响,空白与处理之间优势真菌种有明显差异,但处理各组之间不存在剂量效应。烟曲霉Aspergillus fumigatus相对丰度一直较小,因此认为苯醚甲环唑施用没有改变土壤烟曲霉相对丰度的风险。从苯醚甲环唑处理土壤中分离筛选获得74株抗药性烟曲霉,其中57株具有医用三唑交叉抗性。在这些烟曲霉中TR46/Y121F/T289A型突变是观测到最多的cyp51A基因突变(35株),该型突变能导致伏立康唑高抗、泊沙康唑抗性,伊曲康唑几乎无交叉抗性。在所有苯醚甲环唑诱导的交叉抗性中,伏立康唑情况最为严重,泊沙康唑次之,伊曲康唑最轻。总体来看,苯醚甲环可诱导土壤中烟曲霉对三唑类药物的抗药性,主要表现为诱导产生TR46/Y121F/T289A突变并对伏立康唑具有较强的交叉抗性。无突变抗性菌株No.10和No.42无代谢抗性,Afu MDR1、Afu MDR2、Afu MDR3、Afu MDR4、cyp51A、cyp51B基因相对敏感型烟曲霉表达量均有提升,其中cyp51A基因最为明显,而两者Atr F相对表达量变化有差异,推测抗性菌株No.10和No.42对伏立康唑抗性主要是由于cyp51A基因表达上调所造成。No.6、No.10、No.11、No.28、No.39、No.42等6株无突变抗性烟曲霉在无选择压力情况下连续转接后对伏立康唑敏感性恢复到4 mg/L及以下,说明土壤苯醚甲环唑添加诱导的伏立康唑交叉抗性在无突变的情况下不易长期稳定存在,抗性风险相对较小。综上,在环境中使用的浓度条件下,苯醚甲环唑土壤滞留期长,其残留会改变土壤真菌群落结构,同时也会诱导土壤中致病菌烟曲霉对医用三唑产生交叉抗性,为曲霉病的临床治疗带来隐患。
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