? ? ? 2021年10月25日，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Environmental Science & Technology發(fā)表相關(guān)研究進展，揭示生物炭和超富集植物在鎘和土霉素共污染土壤對抗生素耐藥性的影響，中國科學(xué)院南京土壤研究所博士生付玉豪為論文第一作者，研究員王芳為論文通訊作者，論文題名：Strategy for Mitigating Antibiotic Resistance by Biochar and Hyperaccumulators in Cadmium and Oxytetracycline Co-contaminated Soil。
研究背景
? ? ? 對生態(tài)安全和人類健康的嚴重威脅，抗生素抗性基因 (ARG) 的全球流行越來越受到關(guān)注。在農(nóng)業(yè)實踐中用污水灌溉和農(nóng)田施用糞肥或生物固體會引入大量選擇劑，如抗生素和有毒金屬，加劇了 ARGs 通過食物鏈從土壤環(huán)境向人類的轉(zhuǎn)移。此外，由移動遺傳元件 (mobile genetic elements，MGEs) 介導(dǎo)的水平基因轉(zhuǎn)移可以通過微生物種群之間的結(jié)合、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)來增加 ARGs 的傳播，從而放大潛在風(fēng)險。來自動物和人類排泄物的大量 ARGs 和編碼 ARGs 的病原和非病原細菌可以擴散到耕地土壤中，可能通過受污染的作物進入食物鏈。
? ? ? 植物修復(fù)是一種生態(tài)友好且具有成本效益的方法，可以使植物穩(wěn)定、提取、揮發(fā)或降解有機和無機污染物，從而促進污染物的去除或無害化以及土壤原位修復(fù)，這對于減少選擇壓力和減輕 ARGs 的流行或許可行。具有高生物富集能力和耐污染物能力的超富集劑在土壤修復(fù)中具有實際意義，其在減輕土壤有機物和/或有毒金屬污染方面的應(yīng)用已得到廣泛研究。
? ? ? 生物炭已被廣泛用于土壤改良和通過改變土壤特性（例如 pH 值、水分和孔隙結(jié)構(gòu)）、改善土壤養(yǎng)分保留、和改變土壤生物特性來提高作物產(chǎn)量。因此，添加 biochar 可以通過促進植物生長來提高植物修復(fù)效率。此外，生物炭改良劑已被證明可通過吸附降低重金屬和抗生素的生物利用度，從而可能抑制 ARGs 的增殖。這表明生物炭與超富集植物相結(jié)合具有提高植物修復(fù)效率和減輕 ARGs 在土壤環(huán)境中遷移的潛力。
研究結(jié)果
? ? ? 該研究首先使用具有生物炭改良劑的超富集植物來研究減輕鎘和土霉素共污染土壤中的 ARGs。研究 (1) 分別量化受抗生素和/或有毒金屬污染的土壤和超富集植物中 ARGs 和 MGEs 的多樣性和豐度，以及 (2) 研究生物炭和超富集植物組合減輕ARGs的潛在機制。這項研究將深入了解生物炭和超富集植物的組合作為減少抗菌素耐藥性流行的補救策略。作者使用超富集植物（東南景天，Sedum plumbizincicola）與生物炭改良劑相結(jié)合，通過盆栽實驗研究減輕鎘和土霉素共污染土壤中 ARGs 的流行。添加 biochar 通過提高 ARGs 在土壤中的流行率但抑制從土壤向 S. plumbizincicola 的傳播，對土壤和植物中 ARGs 的分布產(chǎn)生了不同的影響。S. plumbizincicola 的種植導(dǎo)致土壤環(huán)境中 ARGs 的增加。可移動的遺傳元件在塑造 ARGs方面發(fā)揮了主導(dǎo)作用。
圖1. 不同處理間土壤（NP，非種植土壤；P，種植土壤）和植物樣品的抗生素抗性基因（ARGs）和移動遺傳元件（MGEs）的檢測數(shù)量
圖2. 不同處理間土壤和植物中抗生素抗性基因(ARGs)和移動遺傳元件(MGEs)的絕對豐度
圖3. 土壤中抗生素抗性基因 (ARG) 亞型和移動遺傳元件 (MGE) 之間共存模式的網(wǎng)絡(luò)分析
圖4. (A)結(jié)構(gòu)方程模型顯示了生物炭、超富集劑、鎘 (Cd)、土霉素 (OTC) 和移動遺傳元件 (MGE) 對抗生素抗性基因 (ARG) 譜的直接和間接影響。及 (B) 來自結(jié)構(gòu)方程模型的標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)（直接和間接效應(yīng)）
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