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为探究粪肥施用和四环素（TC）污染对土壤四环素抗性基因（TRGs）等的影响，研究人员开展种植小白菜的盆栽实验。结果表明，植被改变土壤微生物结构等，影响 TRGs 传播。该研究为管控农业活动中 ARG 风险提供依据。
在农业生产中，粪肥的使用越来越普遍，因其能为土壤提供丰富的养分，改善土壤结构和肥力。然而，这也带来了一系列令人担忧的问题。粪肥常常含有抗生素和抗生素抗性基因（ARGs），这些物质进入土壤后，可能会在土壤中持续存在，并通过各种途径传播，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。四环素（TC）类抗生素在全球范围内使用广泛，在农业土壤中也检测到了高浓度的 TC 和大量的四环素抗性基因（TRGs）。尽管此前有不少研究关注抗生素污染或粪肥施用对土壤酶和 ARGs 的影响，但植被在其中所起的作用以及 TRGs 的响应变化仍不明确。在这样的背景下，河南大学的研究人员开展了一项研究，试图揭开这些谜团，该研究成果发表在《Environmental Technology 》上。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先进行盆栽实验，设置不同粪肥施用量（0、1%、2%）和 TC 污染水平（0、5、10、15mg/kg），并分植被组和非植被组进行对比。实验结束后，从不同处理的土壤中采样，运用 UPLC-MS/MS 技术测定土壤中 TC 残留量；利用 DNA 提取试剂盒和实时荧光定量 PCR 系统检测 16S rDNA、TRGs（如 tetA、tetB/P 等 9 种）和 intI1 基因的丰度；使用土壤酶活性检测试剂盒和分光光度计测定土壤酶活性；通过扩增子测序分析细菌群落结构。同时，运用多种数据分析方法，如方差分析、Spearman 相关性分析、主成分分析（PCA）和网络分析等，深入探究各因素之间的关系。
研究结果
- 土壤中残留的 TCs：TCs 在土壤中易降解，但粪肥施用会增加其残留浓度。在低 TC 浓度下，植被促进 TCs 分解；而在高 TC 污染且高粪肥用量的条件下，植被对不同 TCs 的影响不同，降低了土霉素（OTC）和金霉素（CTC）浓度，却增加了四环素（TC）浓度。这表明小白菜的根际环境对不同类型 TCs 的消散有偏好。
- 土壤酶活性
- 土壤多酚氧化酶（S-PPO）：TC 污染和大量粪肥施用均会影响 S-PPO 活性。在无植被的 S0 处理中，非植被土壤的 S-PPO 活性较高；而在高 TC - 粪肥条件下，植被土壤的 S-PPO 活性更优，这说明根际分泌物能缓解 TC 的毒性，维持土壤碳循环。
- 土壤脲酶（S-UE）和土壤脱氢酶（S-DHA）：TC 污染和粪肥施用对 S-UE 活性影响不显著，但在 S0T0 处理中，植被和非植被组的 S-UE 活性存在显著差异。TC 污染会抑制 S-DHA 活性，粪肥施用也会降低其活性，不过植被能在无 TC 条件下降低土壤酶活性，且在 TC 压力下酶活性稳定性更高，避免影响土壤养分循环。
- 土壤中 16S rDNA、intI1 和 TRGs 的丰度
- 对 TC 污染的响应：TC 污染使土壤中 16S rDNA 的绝对丰度（AAs）下降，植被组中其 AAs 显著增加。intI1 的 AAs 在 TC 污染下无显著变化，非植被组中其相对丰度（RAs）随 TC 浓度增加而上升。不同 TRGs 对 TC 污染的响应各异，非植被组中多数 TRGs 的 RAs 增加，而植被组中则较低，这可能与植被促进土壤微生物对 TCs 的降解有关。
- 对粪肥施用的响应：粪肥施用增加了 16S rDNA 和 intI1 的 AAs，也改变了 TRGs 的丰度。不同 TRGs 对粪肥施用的响应不同，如 tetO、tetM 和 tetX 的丰度增加，而 tetC 的丰度下降。
- TC 污染和粪肥施用的联合效应：在非植被组中，高量粪肥与 TC 污染联合抑制土壤微生物，使 16S rDNA 的 AAs 显著下降；在植被组中，低 TC 污染下粪肥施用增加了 16S rDNA 的 AAs。同时，高量粪肥与植被的联合作用可能促进根际土壤中 TRG 的水平基因转移（HGT）。在植被组中，不同 TRGs 的 AAs 和 RAs 变化趋势不同，总体上植被土壤中 TRGs 的 AAs 较高，但 RAs 较低。
- PCA 分析：PCA 分析表明，不同处理对移动遗传元件（MGE）和 TRGs 有不同贡献。非植被组中，TC 污染或粪肥单独施用时，土壤倾向于不表达 tetC；而植被组中，随着 TC 浓度或粪肥含量增加，tetC 表达下降，且根际分泌物可能稳定根际生态并增强对 TCs 的消散作用。此外，高量粪肥处理下，tetO、tetM 和 tetX 与粪肥处理呈正相关，这表明微生物对 TCs 的抗性机制可能主要受粪肥施用或植被影响。
- 细菌群落与 TRGs 的相关性
- 土壤微生物组成的变化：植被改变了根际细菌群落，促进了放线菌（Actinobacteria）的富集，抑制了蓝细菌（Cyanobacteria）的生长。粪肥施用使变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）等优势菌群富集。不同处理下，土壤微生物群落结构差异显著，植被增强了 TC 降解细菌的丰度，降低了土壤中 TC 浓度，减轻了对土壤微生物的选择压力，这可能是植被组中 TRGs 相对丰度较低的原因之一。
- Spearman 相关性分析：Spearman 相关性分析显示，粪肥来源的细菌与本地细菌存在竞争关系，且与土壤中 TC 残留相关。同时，不同细菌门与土壤酶活性、TRGs 的相关性在不同处理下有所不同。植被促进了土壤微生物间的 HGT，在粪肥和植被共同作用下，更多微生物门与 TRGs 和 intI1 呈正相关，这表明植被可能通过 HGT 促进 TRGs 在土壤微生物间的传播，增加了 TRGs 传播风险。
- 网络分析：网络分析表明，在非植被组中，Xanthomonadaceae 与 intI1 和多种 TRGs 高度相关，对 TRGs 传播至关重要；在植被组中，Xanthomonadaceae 依然是 intI1 和 TRGs 的主要宿主之一。此外，植被和粪肥施用改变了优势 TRGs 和抗性机制，高量粪肥与 TC 污染会引入更多粪肥来源的细菌，通过抗性细菌（TRB）增殖传播 TRGs；而植被根际分泌物可稳定细菌群落，使 TRGs 传播方式转变为 HGT，且根际中更强的 HGT 可能导致更高的 TRB 多样性，增加了人类健康风险。
研究结论与讨论
该研究全面揭示了植被在 TC - 粪肥条件下对土壤生态的重要作用。植被在非 TC 条件下降低土壤酶活性，但增强了其稳定性，维持了土壤养分循环。植被提高了 16S rDNA 的 AAs，但在 TC - 粪肥处理下，联合抑制作用仍显著降低了其 AAs。同时，粪肥施用与植被共同作用导致 intI1 和多种 TRGs 的 AAs 和 RAs 升高。
研究还发现，粪肥施用和植被均改变了土壤微生物群落结构。在植被存在的情况下，TRG 的传播机制转变为根际中的 HGT，其中 Bacteroidota 和 Firmicutes 是参与 TRG 传播的核心类群，Xanthomonadaceae 可能是主要的 TRG 宿主之一。这些结果强调了关键类群在农业活动中对 ARG 风险管控的重要性，为后续研究提供了重要参考，有助于制定更合理的农业管理策略，减少 ARGs 对生态环境和人类健康的潜在威胁。
