摘要
水产养殖池塘底泥固碳微生物的固碳功能可以缓解温室气体带来的温室效应。与此同时，水产养殖中抗生素使用诱导细菌产生的抗性基因，不仅会改变固碳微生物的固碳策略，还会对生态环境产生各种负面影响。已有研究证明不同的养殖结构会对池塘底泥的环境参数产生影响，从而改变池塘底泥微生物群落结构和功能基因的组成。为此，本文通过研究池塘底泥微生物群落的多样性以及抗生素抗性基因和固碳功能基因，探索绿色环保型养殖模式，为可持续水产养殖业的发展提供重要指导作用。本研究选取了潮汕地区四种不同养殖结构的池塘，分别为虾蟹混养型池塘(代号:WL);鱼虾混养型池塘(代号:XQ);单一养殖南美对虾池塘(代号:TG)和单一养殖鱼类池塘(代号:XH),研究分析其底泥微生物的多样性、微生物的固碳功能基因和微生物的抗生素抗性基因的丰度、多样性及相关性。取得以下主要结果: (1)潮汕四种养殖结构池塘底泥微生物的主要菌群门类为变形菌门、绿弯菌门、产甲烷菌门、深古菌门。单一养殖鱼类XH塘的变形菌门相对丰度(33.3％)在四种养殖类型池塘中最高。TG组的产甲烷菌门相对丰度(5.4％)和深古菌门相对丰度(9.7％)在四种养殖类型池塘中最高。绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度单一养殖结构的TG组(7.9％)和XH组(8.6％)比混养养殖结构的WL组(10.6％)和XQ组(15.7％)低。池塘底泥微生物OTUs数目WL(3120个)＞XQ(3007个)＞XH(2950个)＞TG(2939个)。混养养殖结构中微生物群落组成比单一养殖池塘的微生物群落组成更加复杂多样，四种养殖结构池塘的优势物种也有明显差异。 (2)还原柠檬酸循环(M00173)和二羧酸-羟基丁酸循环(M00374)是主要的固碳途径。丰度最大的K00626(acetyl-CoA)为羟基丙酸-羟基丁酸循环途径的关键酶基因。还原柠檬酸循环和二羧酸-羟基丁酸循环是四种池塘中主要的固碳途径。四种池塘固碳基因丰度依次为TG(121992)＞WL(90740)＞XQ(86791)＞XH(73117),与池塘底泥TOC浓度含量顺序相反XH(30.2g/kg)＞XQ(26.7g/kg)＞WL(19.9g/kg)＞TG(15.44g/kg),有机质的堆积给底泥造成缺氧环境，不利于固碳微生物繁殖,并且高TOC底泥中易氧化有机碳量ROC高，ROC能够提高真菌和细菌的比例，降低土壤碳储存能力。混养池塘的固碳功能基因多样性比单一养殖池塘更高，原因可能在与混养池塘的微生物多样性更高。 (3)抗性基因多样性和丰度与微生物六种固碳途径相关功能基因多样性和丰度之间有明显相关性。氟喹诺酮类抗生素(fluoroquinolone)和氨基香豆素类抗生素(aminocoumarin)均与羟基丙酸-羟基丁酸循环途径(M00375)呈显著正相关，相关系数分别为0.776和0.811(p＜0.05),可能原因是羟基丙酸-羟基丁酸循环途径的固碳微生物再抗生素选择压力下更容易存活;头孢菌素类抗生素(cephalosporin)与还原性乙酰辅酶A途径(M00377)和二羧酸/4-羟基丁酸循环(M00374)均呈现显著负相关，相关系数分别为-0.854和-0.713(p＜0.05),磺胺类抗生素抗性基因与还原性乙酰辅酶A途径途径(M00377)有明显的负相关关系，这种负相关关系可能与这几种抗生素能抑制碳酸酐酶活性有关。 混养养殖结构固碳功能基因多样性比单一养殖结构池塘更高,更有利于生物固碳;同时混养养殖池塘的抗生素抗性基因丰度比单一养殖池塘的更高，这对抗生素在水产养殖中的使用具有一定的指导意义。利用碳酸酐酶作为影响池塘中的抗生素抗性基因与固碳基因相关性的重要因素，以细菌碳酸酐酶作为药物靶点,为开发新型抗生素和设计更有效的抗菌化合物提供新思路。
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