摘要
土壤动物是陆地生态系统中的重要组成部分，被认为是土壤质量形成与保持的关键驱动力。土壤动物的肠道微生物是土壤环境中的隐藏微生物组，在土壤及宿主的物质循环与生物进程中发挥重要作用。近年来，相继有研究证实，土壤动物肠道是抗生素抗性基因(antibioticresistancegenes，ARGs)的重要贮藏库。ARGs可以通过水平基因转移(horizontalgenetransfer，HGT)等方式在环境中传播扩散，不仅会导致土著环境中ARGs分布的改变，甚至会随之进入土壤动物食物链，造成生态风险。因此，亟需关注土壤污染物对非靶标土壤动物肠道微生物及抗生素抗性组的影响。目前关于ARGs的研究主要集中于抗生素类药物，忽略了环境中更为普遍的非抗生素类物质的作用。此外，农业生产中肥料的施用可能会向土壤环境中同时引入重金属、抗生素及非抗生素类等多种污染物。然而，关于污染物复合污染及肥料施用对土壤动物肠道微生物及ARGs的影响尚不明确。综上，本实验以典型土壤动物跳虫为研究对象，通过扩增子高通量测序与高通量定量PCR方法探究了砷、人用非抗生素药物卡马西平及肥料对跳虫肠道微生物及抗生素抗性组的影响，揭示了污染物胁迫下ARGs变化的微生态机制，取得如下主要研究结果: (1)砷暴露对跳虫肠道微生物的影响具有物种特异性。通过对两种典型土壤跳虫（白符跳及东洋棘跳）的研究发现，砷暴露显著改变了白符跳的肠道微生物群落结构及多样性，但对东洋棘跳肠道微生物无显著影响。其中，苍白杆菌属（Ochrobactrum）、地杆菌属（Geobacter）及葡萄球菌属（Staphylococcus）在白符跳肠道中对砷暴露敏感。研究表明跳虫肠道微生物对砷暴露的响应具有物种特异性，且白符跳肠道微生物对污染物胁迫的响应更敏感。 (2)非抗生素药物卡马西平暴露显著增加了跳虫肠道肠道中ARGs的多样性与相对丰度，特别是β-内酰胺类及多重耐药类抗性基因。就耐药机制而言，卡马西平暴露增加了跳虫肠道中与外排泵及抗生素失活相关ARGs的相对丰度。跳虫肠道中ARGs与可移动性基因元件(mobilegeneticelements，MGEs)总相对丰度间存在显著的正相关关系，表明ARGs在土壤生态系统中存在扩散的巨大潜力。此外，研究发现卡马西平暴露显著改变了跳虫的肠道微生物群落结构，富集了污染物代谢相关微生物，如节杆菌属（Arthrobacter）、无色杆菌属（Achromobacter）及戈登氏菌属（Gordonia）等。通过冗余分析发现，跳虫肠道中的微生物群落是ARGs变化的主要驱动因子，其中变形菌门及放线菌门是ARGs的潜在宿主。研究结果表明人用非抗生素类药物对土壤动物肠道中抗生素抗性组具有类抗生素作用，揭示了肠道微生物群落在ARGs变化中扮演的重要角色。 (3)跳虫经卡马西平预暴露后其肠道抗生素抗性组对抗生素暴露的响应更敏感。与单一红霉素暴露相比，卡马西平预暴露后再经红霉素暴露显著促进了跳虫肠道内ARGs的富集。随机森林分析进一步表明卡马西平预胁迫是引起红霉素暴露后跳虫肠道中ARGs相对丰度变化的主导因子。通过网络分析，研究发现跳虫肠道中γ-变形菌纲与多种类型的ARGs呈显著共现关系，表明其在ARGs相对丰度变化中具有重要作用。同时，跳虫肠道中γ-变形菌纲对环境浓度的土壤污染物具有无差别响应的特性，可用于指示污染物潜在的土壤生态风险。研究表明，与单一污染物暴露相比，非抗生素物质卡马西平在促进抗生素诱导ARGs产生及扩散过程中发挥了不可忽视的作用，具有较高的生态风险。 (4)土壤中不同类型粪肥的施用均显著增加了跳虫肠道中ARGs的数量，肠道真菌群落是ARGs分布变化的重要驱动因子。与常规粪肥相比，减量抗生素粪肥与蚯蚓堆肥相对遏制了跳虫肠道中ARGs的富集。结构方程模型表明，施肥引起的跳虫肠道微生物群落变化对ARGs的组成及变化有重要贡献，且真菌群落是关键的驱动因子。跳虫肠道中的篮状菌属（Talaromyces）与多种类型ARGs的相对丰度显著相关，这可能是由于其可以产生抗菌次生代谢产物。研究揭示，在ARGs的相关研究中也应关注真菌群落在ARGs分布变化中发挥的作用及机制。 研究表明非抗生素物质（卡马西平、有机肥）促进了ARGs在跳虫肠道中的传播扩散，揭示了肠道微生物群落在ARGs变化中发挥的关键作用，为评价非抗生素类物质的潜在毒性与生态风险提供了理论依据。
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