合成菌群强化水产养殖沉积物中四环素类抗生素的去除效能及生态风险调控

为解决水产养殖沉积物中四环素类抗生素（TCs）残留引发的生态风险及抗生素抗性基因（ARGs）扩散问题，研究人员通过构建含Sphingobacterium和Chryseobacterium的合成菌群，显著提升了TC和DOX的降解效率（5–12天完全去除），并有效抑制了ARGs和移动遗传元件（MGEs）的丰度。该研究为TCs污染沉积物的生物修复提供了高效且环境友好的解决方案。

　　

水产养殖业中，四环素类抗生素（TCs）的过度使用导致其在沉积物中长期累积，不仅威胁水生生态系统，还通过抗生素抗性基因（ARGs）的传播加剧公共卫生风险。尽管自然降解存在，但TCs的半衰期长，传统生物修复效率低下。针对这一难题，北京大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表了一项突破性研究，通过构建功能互补的合成菌群（Sphingobacterium sp. WM1和Chryseobacterium sp. WX1），实现了水产沉积物中四环素（TC）和多西环素（DOX）的高效协同降解，并系统评估了其对微生物群落和ARGs传播的调控作用。

研究采用微宇宙实验模拟不同污染场景（0.5–50 mg/L TCs），结合高通量测序和宏基因组分析，揭示了合成菌群的降解动力学及生态效应。关键实验技术包括：1）沉积物样本采集与预处理（广东牛蛙养殖场）；2）合成菌群构建与接种优化；3）抗生素浓度监测（HPLC-MS/MS）；4）微生物群落分析（16S rRNA测序）；5）ARGs和MGEs丰度检测（宏基因组定量）。

研究结果

1. 目标抗生素的去除效率
   生物强化组中TC和DOX在5–12天内完全降解，显著快于自然衰减组。高浓度（50 mg/L）下降解速率延缓，但最终去除率仍达100%。

2. 微生物群落响应
   抗生素暴露和菌群接种均降低α多样性，但选择性富集了Lysinibacillus、Pseudomonas等耐受菌属。接种菌株WM1和WX1在生物强化组中占比显著提升，表明其对TCs压力的强适应性。

3. ARGs和MGEs的抑制效应
   生物强化使ARGs总丰度降低38.7%–52.1%，且显著减少ARGs宿主类群（如Acinetobacter）。MGEs（如转座酶基因）的丰度同步下降，暗示水平转移风险减弱。

结论与意义
该研究首次证实合成菌群可通过“降解-抑制”双路径协同治理TCs污染：一方面通过菌株互补加速抗生素分解，另一方面通过调控微生物群落结构阻断ARGs传播链。其环境价值在于为水产养殖业的抗生素污染治理提供了可规模化应用的生物技术方案，同时为评估生物修复的生态安全性提供了新范式。研究还提示，未来需进一步优化菌群配比以平衡降解效率与生态稳定性。