赣江流域内不同介质上的细菌群落及耐药基因的多样性研究

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本论文以赣江全流域为研究区域,以水体新兴污染物-微塑料为主要研究对象,通过采样调查、实验测试、数据分析等综合研究方法,确定了赣江流域中微塑料的污染特征;从定性和定量的角度,以科学系统的方法综合比较了微塑料与其他介质(表层水、沉积物和木材)对微生物、耐药基因及人类致病菌的吸附特征与行为。主要研究成果如下:(1)赣江在整个流域水平上均遭到了微塑料的污染,但其污染程度较低,含量范围为160-720N/m3,平均值为407N/m3。所检测到微塑料中,颗粒、纤维、薄膜和碎片是赣江地表水中微塑料的主要形态,以碎片状为主(占比69.6%)。此外,有颜色和小型化也是受检微塑料的主要形态特征。聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是微塑料主要聚合物类型,分别占比40.0%和52.5%。根据p H、NH3-N、TP、重金属(Cr、Pb、Cd、Cu、Zn和Hg)等监测指标结果,表明赣江水质处于比较良好的水平。Pearson相关性分析结果显示,微塑料与总有机碳存在显著相关(r=0.75,P≤0.01)。(2)赣江沉积物中菌群多样性最高,并显著高于微塑料、表层水和木材(基于Alpha多样性指数,P<0.01),微塑料的菌群多样性次之,且显著高于表层水样(基于chao1指数和观察物种数,P<0.05)。微塑料细菌群落结构与木材相似,且证实介质的改变对菌群结构的影响高于取样点的差异。与表层水、沉积物和木材相比,微塑料菌群具有很高的芳香化合物降解和光自养功能,其独特组成和功能表明,微塑料生物膜提供了一个新的微生物生态位。(3)四种介质中共检出73种人类致病菌,其中微塑料样品中有58种、木材60种、表层水样61种和沉积物55种。四类介质所共有的人类致病菌有46种,微塑料、木材、表层水和沉积物上独有的人类致病菌种类数量分别为2、1、6和3。统计结果显示,人类致病菌的物种数不因介质的改变而存在显著差异(T检验,P>0.05),且在空间分布上也不存在显著性特征(单因素方差分析,α=0.05)。主成分分析(PCA)表明,与水相比,微塑料具有显著不同的人类致病菌剖面,但在一定程度上与沉积物和木材相似。木材上人类致病菌的相对丰度最高,微塑料次之。嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)是定殖在微塑料、木材和沉积物上相对丰度最高的人类致病菌,而表层水样中被检出丰度最高的是轻型链球菌(Streptococcus mitis)。T检验结果表明,与表层水和沉积物相比,微塑料上的Pseudomonas protegens和斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)显著富集。单因素方差分析(One way ANOVA,α=0.05)结果显示,相对丰度前10的人类致病菌在赣江上、中、下游的分布不存在显著差异。(4)各介质中,磺胺类抗生素抗性基因sul1和sul2占主导地位,约为总抗性基因的55%-77%。所研究的10种抗性基因中,只有2种ARGs的相对丰度呈现介质间的显著性差异,表层水中的tet B相对丰度显著高于在微塑料和木材上的相对丰度,木材上的erm B相对丰度则显著低于水和沉积物。相关性分析表明,在微塑料(r=0.97)、木材(r=0.82)、表层水(r=0.82)和沉积物(r=0.73)上,int I1的相对丰度与总ARGs之间存在显著的正相关性,表明可移动遗传元件int I1在赣江流域抗性基因的水平转移中起着重要的作用。(5)不同介质上的人类致病菌、耐药基因和可移动遗传元件网络关系的分析结果表明(Spearman,r>0.70,P<0.05),在四种介质中,int I1与sul1和sul2呈正相关,说明不同介质间int I1在磺胺类抗生素耐药基因的水平基因转移中起着重要作用。在微塑料上,只有轻型链球菌(Streptococcus mitis)是erm F和erm B的潜在宿主。在木材上,Pseudomonas protegens是sul2和qnr S的潜在宿主。荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)是tet A和qnr S的潜在宿主。嗜油不动杆菌(Acinetobacter oleivorans)是qnr S的潜在宿主。在表层水样中,鸟博德特菌(Bordetella avium)是erm B的潜在宿主,副百日咳博德特菌(Bordetella paraertussis)是sul2的潜在宿主。沉积物中,普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus)是sul1的潜在宿主。
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