长期施猪粪农田土壤中抗生素抗性基因的污染特征及扩散机制研究

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基本信息

项目摘要

Antibiotic resistance genes (ARGs) have become one of the topics of great importance in global research, which had caused serious environmental problems. The emission of livestock manure is an important source of environmental ARGs, and the containing ARGs could be transferred into human pathogens via horizontal gene transfer, which may pose a potential human health risk. It has great significance to study the impact of pig manure application on ARGs in farmland soil for a comprehensive assessment of environmental ARGs reservoir. In this proposal, by using high through-put quantitative PCR and Illumina Miseq sequencing approach, we aim to, (1) examine the types and abundances of ARGs and mobile genetic elements (MGEs) in manure-amended soil; (2) investigate the bacterial community composition and diversity in manure-amended soil; (3) assess the persistence of ARGs in manure-amended soil by analyzing the abundance of ARGs at different time after manure application and the distribution of ARGs between rhizosphere soil and non-rhizosphere soil. By comparing the genetic diversity of ARGs and MGEs, and bacterial community, and statistical analysis of correlation with environmental factors, we will try to elucidate the characterization of contamination and dissemination of ARGs in long-term manure-amended soil, and provide a scientific basis for the ARGs contamination in farmland soil.
抗生素抗性基因(ARGs)所导致的环境污染问题日趋严重,已成为国际上的研究热点。畜禽粪便的排放是环境中ARGs的重要来源,ARGs可通过基因水平转移进入人类致病菌中,对人类健康存在潜在危害。因此研究猪粪对农田土壤中ARGs的影响,对全面评估环境中ARGs库具有重要意义。本项目以长期施猪粪的农田土壤为研究区域,采用高通量定量PCR技术探讨施猪粪农田土壤中ARGs和基因水平转移元件的丰度和分布;采用Illumina Miseq测序手段揭示猪粪对农田土壤中微生物群落结构的影响;通过分析施加猪粪后不同时间点土壤中ARGs的丰度,以及ARGs在根际区与非根际区土壤中的分布,探究ARGs在农田土壤中的持续性。进一步从ARGs丰度、微生物群落结构、基因水平转移机制等方面,同时结合环境因子进行统计分析,全面系统地阐释农田土壤ARGs的污染特征及扩散机制,为探明施用猪粪对农田土壤中ARGs污染提供科学依据。

结项摘要

抗生素抗性基因(ARGs)在全球范围内的传播扩散严重危害了人类健康。农田土壤生态系统作为ARGs的源与汇,因与人类健康密切相关而受到广泛关注,其中畜禽粪便施用是农田土壤ARGs的主要来源。因此研究畜禽粪便对农田土壤中ARGs影响,对全面评估环境中ARG库具有重要意义。基于此,依托中国科学院栾城农业生态系统试验站,利用高通量定量PCR技术和高通量测序技术,解析了长期施猪粪农田土壤中ARGs的分布特征及影响因素。结果表明,连续15年施加猪粪增加了土壤中ARGs的多样性和丰度。在施加猪粪土壤中共检出81种ARGs,相对丰度高达0.23拷贝数/16S rRNA基因拷贝数。施加猪粪主要是增加了本底土壤ARGs的丰度。施加猪粪也增加了土壤中可移动基因元件的丰度,促进了ARGs在土壤中的传播扩散潜力。同时,施加猪粪显著改变了土壤微生物群落结构,而微生物群落结构的变化是影响土壤ARGs分布的主导因子。此外,在施加猪粪后,连续一年采集0-1 m土壤样品进行分析。结果表明,施加猪粪后,ARGs随施肥时间呈现递减的趋势,但ARGs丰度依然高于未施猪粪的对照土壤样品。说明ARGs在土壤中具有长时间的持续性。此外土壤中的ARGs主要集中在0-30 cm土层,且与土壤微生物群落结构变化有着密切关系。本项目研究结果为阐释长期施畜禽粪便农田土壤中ARGs的污染特征以及ARGs在土壤中的持续性具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(0)
Nitrogen leaching greatly impacts bacterial community and denitrifiers abundance in subsoil under long-term fertilization
长期施肥下,氮淋洗极大地影响了底土中的细菌群落和反硝化菌丰度
  • DOI:
    10.1016/j.agee.2020.106885
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    AGRICULTURE ECOSYSTEMS & ENVIRONMENT
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Liu, Mengshuai;Zhang, Wenhui;Sun, Ruibo
  • 通讯作者:
    Sun, Ruibo
高通量测序技术在微生物分子生态学研究中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国生态农业学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王新珍;王凤花;孙瑞波;刘彬彬
  • 通讯作者:
    刘彬彬
Acidification of manure reduces gaseous emission and nutrient losses from subsequent composting process
粪便酸化可减少后续堆肥过程中的气体排放和养分损失
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Yubo Cao;Xuan Wang;Ling Liu;Gerard L. Velthof;Tom Misselbrook;Zhaohai Bai;Lin Ma
  • 通讯作者:
    Lin Ma

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其他文献

一株降解芘的苍白杆菌的分离、鉴定及性能表征
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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    王凤花
土壤铜(Cu)污染对植物的毒性研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    安徽农业科学
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    魏连爽
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    生态毒理学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王凤花;罗小三;林爱军;李晓亮
  • 通讯作者:
    李晓亮
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  • DOI:
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    2018
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
    唐兆家;喻黎明;王凤花;李娜;龙俊
  • 通讯作者:
    龙俊

其他文献

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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

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          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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