《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Antibiotic Stress-Induced Cultivable Microbial Consortia Dynamics in Agricultural Soils: Tetracycline Degradation, Functional Adaptation, and Resistome Enrichment
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•由GVS衍生的菌群对TC的降解率达83.38%，优于OFS衍生的菌群。•EPS可作为微生物对TC应激响应的敏感生物标志物。•TC胁迫上调了与膜运输和能量代谢相关的基因。•TC富集了特定的ARGs，但降低了ARG的整体多样性。•长期施用有机肥料改变了耐药组结构。引言抗生素的广
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由GVS衍生的菌群对TC的降解率达83.38%，优于OFS衍生的菌群。
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EPS可作为微生物对TC应激响应的敏感生物标志物。
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TC胁迫上调了与膜运输和能量代谢相关的基因。
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TC富集了特定的ARGs，但降低了ARG的整体多样性。
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长期施用有机肥料改变了耐药组结构。
引言
抗生素的广泛使用显著提高了人类健康水平和农业生产力，但同时也带来了严重的环境挑战[15]。特别是，四环素类抗生素（TCs）因其广谱抗菌活性和成本效益而得到广泛应用，导致环境中TC残留物持续存在[37]。这些抗生素随后通过废水排放、动物粪便施用以及其他人为途径进入土壤和水体，从而对生态系统和人类健康构成潜在威胁[44]。既往研究表明，土壤中残留的TC不仅抑制微生物的生长和代谢活动，还促进了抗药性基因（ARGs）的出现和传播[28]。更令人担忧的是，这些化合物可能通过食物链发生生物富集，最终对人类健康构成风险[2]。本土土壤微生物群通过生物转化过程在缓解TC污染方面发挥着关键作用，即通过氧化、还原或水解途径将TC酶促转化为低毒或无毒衍生物，从而降低其环境持久性[47], [50]。因此，了解这些降解菌群的结构组成、功能和应激反应对于开发有效的生物修复策略至关重要。
作为土壤生态系统的基本组成部分，微生物对生物地球化学循环、污染物降解和土壤健康维护至关重要[16]。近期研究揭示了土壤微生物组通过群落重组、代谢调整和基因表达调控对TC诱导胁迫的显著适应能力[37]。然而，不同土壤类型（如温室蔬菜土与露天农田土）中微生物群落的组成和功能特征存在显著差异，这些差异可能影响群落对TC暴露的总体响应。例如，温室蔬菜土（GVS）以集约化农业实践和频繁的农药及有机、化肥投入为特征，可能具有更高的功能多样性和胁迫耐受性[51]。相比之下，更接近自然条件的露天农田土（OFS）可能表现出更为保守的微生物响应机制[52]。尽管存在这些差异，大多数现有研究主要聚焦于单一土壤系统，导致关于比较微生物组响应的知识存在显著缺口。因此，进行此类比较研究可以为了解土壤微生物的适应机制及其在缓解抗生素污染方面的潜在应用提供有价值的见解。
迄今为止，关于TC降解的研究主要集中在菌株筛选、降解途径的阐明和功能基因的特征分析上[32]。例如，多种微生物（包括细菌（假单胞菌属、芽孢杆菌属、链霉菌属）、真菌（黄孢原毛平革菌）和放线菌（红霉链霉菌））已被证明具有将TC降解为低毒代谢物的能力，这类降解途径通常涉及多个代谢步骤，如羟基化、脱甲基化和开环反应，最终产生小分子有机物[24], [38]。类似地，分子生物学的最新进展使得关键功能基因（如tetX和tet(34)）的鉴定成为可能，这些基因编码与TC降解相关的酶[13], [55]。然而，尽管取得了这些进展，许多现有研究主要聚焦于单一微生物菌株或简化的实验室体系，从而忽视了天然微生物群落的生态复杂性。另一方面，由于群落成员之间的协同作用，微生物菌群通常表现出优于单一菌株的降解能力[5]。在此背景下，近期研究表明TC暴露可诱导微生物群落结构、多样性和功能的显著变化，特别是通过减少敏感种群和富集抗生素降解种群来实现[20]。
氧气可用性是调控微生物代谢和降解途径的关键环境因子[40]。事实上，在不同氧化还原条件下，微生物表现出根本不同的降解机制。例如，在有氧降解过程中，TC主要通过氧化途径代谢，分子氧作为终端电子受体发挥作用[26]。另一方面，在厌氧环境中，微生物群落通常采用还原或共代谢途径，利用硝酸盐、硫酸盐或三价铁等替代电子受体[36]。大多数研究局限于在好氧或厌氧条件下对微生物响应的研究，两者之间的系统比较几乎空白[33]。鉴于土壤生态系统中微尺度氧气异质性的存在，陡峭的氧气梯度形成了共存的好氧和厌氧微生境[46]，这一知识缺口尤为重要。因此，了解微生物群落在这些对比条件下如何差异化响应TC暴露，对于阐明TC的环境归趋和降解机制至关重要[21]。宏基因组学的最新进展也为探索复杂微生物群落的功能潜力和代谢途径提供了有力工具[29]。特别是，研究人员可以鉴定参与TC降解的基因和途径，从而为群落层面的分子机制提供见解[41], [53]。
鉴于TC残留物日益增长的环境关注，阐明其微生物降解机制已成为当务之急。因此，本研究旨在通过在不同TC浓度下富集GVS和OFS中的本土可培养微生物，调查好氧和厌氧条件下微生物群落的响应机制。此外，本研究还利用高通量测序和宏基因组分析，全面表征了TC暴露后微生物群落组成、多样性、功能基因和代谢途径的变化。预期研究成果将推动宏基因组学在环境微生物学中的应用，同时为其他相关研究提供新视角和参考。最终，这种多学科方法将增进对微生物适应抗生素胁迫的认识，并为抗生素污染修复的实际策略提供信息支持。
章节摘要
样品采集与试剂
土壤样品采集自长期施用有机肥的GVS（中国天津），有机施肥历史超过20年。为进行对比分析，采集了相邻未施用有机肥的OFS作为对照。所有土壤样品均使用不锈钢螺旋钻从表层土（0-20 cm深度）采集，随后立即装入无菌袋密封，并储存于-80 ℃以维持微生物活性。理化
结果与讨论
为阐明富集微生物菌群降解四环素的机制，我们采用了多层次分析框架。我们首先表征了降解性能和生长动态（3.1 微生物菌群对四环素的降解特性，3.2 TC胁迫下微生物菌群的生长与代谢特性），然后将这些表型观察与群落组成变化（第3.3节）联系起来，随后对功能
结论
本研究从降解性能、群落组成、基因和通路丰度以及抗药性基因谱等层面考察了土壤衍生微生物菌群对四环素胁迫的响应。主要发现表明，与厌氧条件（最高62.03%）相比，好氧条件下TC降解效率显著更高（高达83.38%）。此外，微生物菌群通过增强在TC胁迫下维持代谢活性
资金来源
本研究得到国家自然科学基金（42407364）、天津市自然科学基金项目（25JCQNJC00040）、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金（Y2026QC38, 1610022026004）、农业科技创新项目（农业农村部农业环境保护研究所）、中国农业科学院基本研究中心创新项目资助。
CRediT作者贡献声明
白末寒：撰写——审阅与编辑、可视化、项目管理、方法论、资金获取、概念构思。叶慧可：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、资源、项目管理、方法论、资金获取、数据整理、概念构思。杨萍萍：撰写——审阅与编辑、可视化、形式化分析、数据整理。赵立霞：撰写——审阅与编辑、软件、形式化分析。陈亚丽：撰写——审阅与编辑、形式化
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
白末寒|叶慧可|姚凯|李晓晶|孙阳|赵立霞|陈亚丽|杨萍萍
