摘要
由于塑料成本低廉、耐用性高而被广泛使用，因此造成环境中微或纳米塑料的污染日益严重。微纳米塑料能够通过食物链进行传递，从而可以在动物肠道内大量富集。最新研究表明动物肠道是抗生素抗性基因(Antibiotic-resistantgenes，ARGs)水平转移的热点区域。然而，目前关于微或纳米塑料(Microornanoplastics，M/NPs)对ARGs在陆生动物肠道中传播的影响知之甚少。本研究以典型的可食用蜗牛(白玉蜗牛，Achatinafulica)为模式生物，选择常见的塑料聚苯乙烯(Polystyrene,PS)进行微纳米塑料的暴露，通过在食物中添加不同粒径(0.082μm、42μm和182μm)和浓度(10mg/L和100mg/L)的M/NPs来喂养动物，结合qPCR、生化测定、平板筛选法和16SrRNA高通量测序技术，以此来探究M/NPs对动物肠道菌群接合的影响，阐明其对ARGs水平传播的贡献，实验结果如下: M/NPs的暴露能够显著引发宿主肠道组织和细胞的损伤并干扰宿主的生理代谢。首先，高浓度(100mg/L)M/NPs的暴露会导致蜗牛的胃肠道组织出现较多的空泡现象，并促使蜗牛胃肠道肌肉出现多处撕裂;相比之下，低浓度(10mg/L)M/NPs的暴露则主要侧重于蜗牛胃肠壁绒毛的脱裂和磨损。其次，M/NPs粒径也是影响蜗牛胃肠道细胞生理健康的重要因素。在高浓度的0.082μm和42μmPS颗粒物处理组中蜗牛消化系统细胞过氧化氢酶(Catalase,CAT)的活性显著升高，且分别是182μmPS暴露组中的1.2倍和1.4倍;同时，超氧岐化酶(Superoxidedismutase,SOD)的活性在各个处理组中的趋势与过氧化氢酶保持一致。此外，M/NPs的暴露会导致与宿主能量代谢相关酶的活性发生改变，其中与有氧呼吸相关的琥珀酸脱氢酶(Succinatedehydrogenase，SDH)的活性在低浓度处理组中明显上升;糖酵解相关的丙酮酸激酶(Pyruvatekinase,PK)和乳酸脱氢酶(Lactatedehydrogenase,LDH)的活性在纳米级塑料处理组中要高于微米级塑料处理组。最后，蜗牛的排便行为也会受到PS暴露的干扰。与10mg/L的PS暴露组相比，100mg/L的PS暴露能够更明显地抑制蜗牛的排便量;同样地，与42μm和182μm的PS暴露组相比，0.082μm的PS暴露对蜗牛排便行为的抑制更为强烈。 PS的暴露能够明显改变白玉蜗牛肠道菌群的丰度和多样性。首先PS的粒径浓度和处理时间都会对白玉蜗牛肠道内微生物的群落组成和结构产生影响。其中，PS的暴露会导致白玉蜗牛肠道内优势菌群Gammaproteobacteria的相对丰度发生变化，变化的程度会随着PS的粒径、暴露浓度和时间而有所差异;且当PS暴露周期延长，肠道内病原菌的相对丰度显著上升;与0.082μm的PS相比，42μm和182μm的PS暴露对于蜗牛肠道中病原菌丰度的增加更为突出;PS的暴露能够刺激蜗牛肠道中塑料降解菌的富集，在0.082μmPS处理组中尤为显著。其次，PS的暴露能够刺激肠道微生物抗氧化酶活性的显著增强。其中，与10mg/L的PS的处理组相比，100mg/L的PS的处理对抗氧化酶活性的增强效应更为明显;再者，与42μm和182μm的PS处理组相比，0.082μmPS处理组中CAT和SOD酶活性分别约是42μm和182μmPS处理组中的1.15-1.22倍和1.09-1.97倍。这一点则说明PS颗粒物的存在会引起肠道微生物的产生应激反应。最后，肠道内细菌的代谢能力也受到PS暴露的干扰。在PS暴露第4天后，各个PS处理组中的细菌代谢能力都有着不同程度的升高;而PS暴露16天之后，100mg/L的PS暴露会导致肠道微生物对脂肪、糖以及蛋白质的合成与分解能力明显下降，而低浓度PS的暴露则相反。 PS的暴露显著影响白玉蜗牛肠道微生物菌群的ARGs水平传播效率。随着PS的暴露，各个处理组中细菌的接合率相较于对照组均有显著增加，且接合率的改变与PS颗粒的浓度、粒径以及处理时间密切相关。具体来说，随着PS塑料的粒径增大，细菌的接合率相应增加，42μm和182μm的PS处理组的接合率约是0.082μm的PS处理组的1.5-4.93倍。在短期（4天）内，较高浓度的PS处理（100mg/L）比低浓度（10mg/L）处理组中的细菌接合率更高。但随着时间延长到16天，不同浓度PS处理组中的细菌接合率表现出波动，此时低浓度PS处理的接合率反而超过高浓度组。同时，细菌接合相关基因trfA和trfB的相对丰度与细菌接合率的变化趋势相一致。此外，微塑料和纳米塑料的存在对白玉蜗牛肠道内细菌接合子库产生了一定影响，其中Gammaproteobacteria类群的成员，如Shigella、Sphingobacterium、Alcaligenes、Achromobacter、Microbacterium和Brevundimona等是接合池中的主要物种;而且通过对接合子之间的进化关系分析发现:Shigellaspp.和一些未分类的Enterobacteriaceaespp.与已知的供体菌E.coliMG1655有密切的亲缘关系。另外，本研究还在接合子库中发现一些具有潜在致病能力的微生物，如Microbacterium、Aeromonas、Shewanella、Shigella等，这些微生物获得了ARGs,可能会导致抗生素对生物病原菌治疗效果减弱，进而威胁到人类及其他生物的健康。
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