农药对农田土壤抗生素耐药性的影响机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41703117
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0707.环境地球化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Antibiotic resistance has become a major global public health issue in recent years. Dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs) in the environments are increasingly regarded as a growing concern. Pesticides are among the largest usage and residue of agricultural chemicals in agricultural soils. However, influence of pesticides on the development of soil antibiotic resistance remains unknown. This project aims to study the influence of pesticides on the development of antibiotic resistance in agricultural soil by regulated microcosm experiments. Soils will be amended with frequently-used herbicides, insecticides, or bactericides at series of concentrations. The variation of microbial activity, bacteria community tolerance to antibiotics and pesticides, abundance of ARGs or pesticide-related genes and broad host range plasmids will be characterized in the soil microbiomes of the microcosm system. Metagenomic profiles of ARGs, mobile genetic elements, microbial community, and the connection of bacterial host and ARGs will be revealed by Illumina high-throughput sequencing. The prevalence and types of broad-host transferable antibiotic resistance plasmids will be further exogenously captured by cultivation-independent isolation. The characteristics of plasmids will be analyzed by phenotyping (MICs of antibiotics and pesticides), genotyping (presence of ARGs and pesticides-relative genes), PCR-based replicon typing, restriction endonuclease analysis and complete nucleotide sequencing. Thus, we will further reveal the molecular mechanism of the influence of pesticides on the development of soil antibiotic resistance by metagenomics sequencing and plasmid analysis. The aim of this project is to explore the mechanisms of the impact of pesticides on the development of soil antibiotic resistance by using research strategy of Environmental Science and Molecular Biology. The results will enhance our understanding of soil antibiotic resistance in the contaminated environments and will provide scientific basis for our national action plan to antibiotic resistance.
抗生素耐药性是全球公共卫生的重大威胁,耐药基因环境污染与扩散是环境科学研究的热点。农药是农田中使用量最大、残留最多的农用化学品之一,然而农药是否对土壤细菌耐药性的形成与扩散产生影响及其可能机制知之甚少。本项目拟通过土壤实验研究农药对土壤细菌耐药性的影响机制。通过添加不同浓度除草剂、杀虫剂和杀菌剂,考察土壤微生物基本活性、菌群耐受性、ARGs丰度变化。采用宏基因组测序从耐药基因谱系、移动元件、微生物群落结构以及物种与基因关联性等角度探讨农药对土壤耐药性的影响机理。捕获土壤中的广宿主质粒,分析其耐药表型和基因型、复制子类型、酶切图谱和全序列等特征。结合宏基因组测序和质粒特征分析,揭示农药对土壤抗生素耐药性影响的分子机制。项目结合环境科学和分子生物学等学科研究手段,旨在阐明农药对农田土壤抗生素耐药性的影响机制。研究结果有助于认识土壤环境细菌耐药机制,为我国遏制细菌耐药性国家行动计划提供科学参考。

结项摘要

抗生素耐药性是全球公共卫生的重大威胁之一,环境中耐药基因污染与扩散是环境科学研究的热点。农药是农田中使用量最大、残留最多的农用化学品之一,然而农药对土壤细菌耐药性的影响知之甚少。本项目利用环境微生物与宏基因测序技术研究农药长期作用对土壤细菌抗生素耐药性的影响,主要研究结论如下:(1)采用荧光定量PCR考察了长期使用农药农田土壤中耐药基因的分布特征,结果表明农田土壤中含有多种耐药基因,作物类型与土壤耐药基因的丰度有一定关系。(2)采用长期农药添加的田间实验深入分析了农药长期作用对土壤细菌耐药性的影响机制。通过挖掘相关功能基因的多样性来反映土壤细菌结构与功能在农药长期作用下产生的变化。利用生物信息学手段分析了土壤细菌群落的总体变化、抗生素耐药基因的丰度变化,以及农药相关基因及其宿主菌与抗生素耐药性之间的关联。分析获得了关键基因的多样性及其系统发育树,并构建了关键基因隐马尔可夫分析模型和靶向组装模型。宏基因分析结果发现,农药长期施用减少了土壤细菌总量,同时使得土壤中农药相关基因得到富集,说明农药长期作用下激发了与农药相关的微生物活动。农药的长期使用改变了土壤细菌组成结构,使得伯克氏菌属、假单胞菌属等细菌得到了富集。与此同时,土壤中耐药基因丰度显著增高,说明农药长期施用刺激了土壤细菌耐药性的发展。(3)进一步分析发现农药长期施用的土壤含有丰富的农药降解细菌,这些细菌含有由广宿主质粒编码的降解酶。这些广宿主质粒不仅同时携带多种外源物质的水解或抗性基因,如重金属耐受基因和抗生素耐药基因,而且能够在不同种属细菌之间转移。项目研究结果表明农药长期使用对土壤抗生素耐药基因进行了富集,多药外排泵等多种耐药基因出现在相同的基因片段上或共存于相同细菌中,可导致多重耐药细菌的形成,农药对土壤细菌耐药性的影响不容忽视。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Variation of antibiotic resistome during commercial livestock manure composting.
商业牲畜粪便堆肥过程中抗生素抗性组的变化。
  • DOI:
    10.1016/j.envint.2020.105458
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environment International
  • 影响因子:
    11.8
  • 作者:
    Zhang Min;He Liang-Ying;Liu You-Sheng;Zhao Jian-Liang;Zhang Jin-Na;Chen Jun;Zhang Qian-Qian;Ying Guang-Guo
  • 通讯作者:
    Ying Guang-Guo
Microbial diversity and antibiotic resistome in swine farm environments.
养猪场环境中的微生物多样性和抗生素抗性。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2019.05.369
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    He Liang Ying;He Lun Kai;Liu You Sheng;Zhang Min;Zhao Jian Liang;Zhang Qian Qian;Ying Guang Guo
  • 通讯作者:
    Ying Guang Guo
[Profiles and Risk of Antibiotic Resistance Genes in Domestic Wells in the Maozhou River Basin].
茅洲河流域家用井抗生素耐药基因概况及风险分析[J].
  • DOI:
    10.1016/j.jalz.2018.01.005
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Science
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴黛灵;邹海燕;何璐茜;高方舟;应光国;何良英
  • 通讯作者:
    何良英
Untreated swine wastes changed antibiotic resistance and microbial community in the soils and impacted abundances of antibiotic resistance genes in the vegetables.
未经处理的猪粪改变了土壤中的抗生素抗性和微生物群落,并影响了蔬菜中抗生素抗性基因的丰度。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.140482
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Gao Fang-Zhou;He Liang-Ying;He Lu-Xi;Zou Hai-Yan;Zhang Min;Wu Dai-Ling;Liu You-Sheng;Shi Yi-Jing;Bai Hong;Ying Guang-Guo
  • 通讯作者:
    Ying Guang-Guo
Contamination profile of antibiotic resistance genes in ground water in comparison with surface water.
地下水与地表水相比抗生素抗性基因的污染状况。
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2020.136975
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Wu Dai-Ling;Zhang Min;He Lu-Xi;Zou Hai-Yan;Liu You-Sheng;Li Bei-Bei;Yang Yuan-Yuan;Liu Chongxuan;He Liang-Ying;Ying Guang-Guo
  • 通讯作者:
    Ying Guang-Guo

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其他文献

酚类内分泌干扰物在长江鱼体血浆中的生物富集
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕银知;赵建亮;姚理;何良英;陈军;史文俊;应光国
  • 通讯作者:
    应光国

其他文献

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何良英的其他基金

养殖环境中可转移耐药质粒在大肠杆菌中的适应性研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    57 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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