长期施肥对葡萄土壤细菌群落多样性及ARGs分布的影响.pdf

中国农业科技导报 中英文 2025 27 6 229null239 Journal of Agricultural Science and Technology 长期施肥对葡萄土壤细菌群落多样性及ARGs分布的影响 王会来 1 李帅 2 王寅 1 吴东涛 3 马嘉伟 4 叶正钱 2 池永清 3 王美 5 1 丽水市莲都区土肥能源发展中心 浙江 丽水 323000 2 浙江农林大学 浙江省土壤污染生物修复重点实验 室 杭州 311300 3 丽水市土肥植保能源总站 浙江 丽水 323000 4 浙江农林大学茶学与茶文化学院 杭州 311300 5 浙江农林大学动物科技学院 动物医学院 杭州 311300 摘 要 为研究长期施肥对葡萄土壤微生物群落多样性与抗生素耐药基因 antibiotics resistance genes ARGs 的 影响 以连续施肥5年的葡萄土壤为研究对象 并以邻近无种植且未施肥的地块表层土壤作为对照 CK 结合宏 基因组测序技术和土壤理化性质分析 系统研究长期施肥对葡萄土壤微生物群落多样性及ARGs分布的影响 结果表明 与CK相比 长期施肥显著降低了土壤pH 且土壤养分含量也发生了显著变化 其中土壤有机质 全 氮和全钾含量分别增加236 0 243 3 和7 4 碱解氮和铵态氮含量分别提升9 61和9 28倍 土壤微生物生物 量碳和微生物生物量氮分别增加19 2 和8 53倍 此外 与CK相比 长期施肥使葡萄土壤中新增218种特定耐 药基因 减少86种天然耐药基因 在土壤pH 有机质 全氮 全钾等理化因素的驱动下 硝化螺旋菌属 Nitrospira 和厌氧粘细菌属 Anaeromyxobacter 的相对丰度分别降低11 4 和3 1 而假纤细芽孢杆菌属 Pseudogracilibacillus 葡萄球菌属 Staphylococcus 假双头斧形菌属 Pseudolabrys 和枝芽胞杆菌属 Virgibacillus 的相对丰度分别增加10 5 6 1 0 6 和5 4 这些优势菌群的变化与耐药基因存在密切联 系 且参与调节葡萄土壤菌群的整体功能与代谢 综上所述 长期施肥显著改善了葡萄土壤的理化性质 同时对 土壤微生物群落多样性和ARGs数量产生了深远影响 关键词 葡萄土壤 长期施肥 土壤微生物群落 抗生素抗性基因 ARGs 分布规律 doi 10 13304 j nykjdb 2024 0675 中图分类号 S15 文献标志码 A 文章编号 1008 0864 2025 06 0229 11 Effect of Long term Fertilization on Diversity of Bacterial Community and Distribution of ARGs in Grape Soil WANG Huilai 1 LI Shuai 2 WANG Yin 1 WU Dongtao 3 MA Jiawei 4 YE Zhengqian 2 CHI Yongqing 3 WANG Mei 5 1 Soil Fertilizer and Rural Energy Development Center of Liandu District in Lishui City Zhejiang Lishui 323000 China 2 Key Laboratory of Soil Contamination Bioremediation of Zhejiang Province Zhejiang A F University Hangzhou 311300 China 3 Soil Fertilizer and Plant Protection and Energy Sources Station of Lishui City Zhejiang Lishui 323000 China 4 College of Tea Science and Tea Culture Zhejiang A F University Hangzhou 311300 China 5 College of Animal Science and Technology College of Veterinary Medicine Zhejiang A F University Hangzhou 311300 China Abstract To examine the influence of longnullterm fertilization on the diversity of microbial community and the evolution of antibiotic resistance genes ARGs in grape soil the grape soil continuously fertilized for 5 years was as material with an adjacent plot of uncultivated and unfertilized soil as control CK Metagenomic sequencing technology and analysis of the physicochemical properties of the soil were employed to conduct a comprehensive investigation into the impact of longnullterm fertilization on the diversity of the microbial community and the distribution 收稿日期 2024 08 19 接受日期 2025 02 10 基金项目 浙江农林大学人才启动项目 2023LFR014 联系方式 王会来 Enullmail sjw8515 通信作者 池永清 Enullmail 787795300 王美 Enullmail meiwang 中国农业科技导报 中英文 27 卷 of ARGs in grape soil The results revealed that compared with CK longnullterm fertilization resulted in a notable reduction of soil pH and a substantial alteration in soil nutrient composition The contents of soil organic matter total nitrogen and total potassium increased by 236 0 243 3 and 7 4 respectively Furthermore the contents of alkalinullsoluble nitrogen and ammonium nitrogen increased significantly by 9 61 and 9 28 times respectively Additionally the soil microbial biomass carbon and microbial biomass nitrogen increased by 19 2 and 8 53 times respectively Furthermore compared with CK longnullterm fertilization resulted in the addition of 218 new specific drug resistance genes and the reduction of 86 natural drug resistance genes in grape soil The relative abundances of the genera Nitrospira and Anaeromyxobacter were decreased by 11 4 and 3 1 respectively as a consequence of the influence of physical and chemical factors such as soil pH organic matter total nitrogen and total potassium The relative abundances of the genera Pseudogracilibacillus Staphylococcus Pseudolabrys and Virgibacillus increased by 10 5 6 1 0 6 and 5 4 respectively These changes in dominant bacterial groups were closely related to ARGs and played a role in regulating the overall function and metabolism of the grape soil microbiota In conclusion longnullterm fertilization could markedly enhance the physical and chemical properties of grape soil while also should exert a profound influence on the diversity of soil microbial community and the number of ARGs Key words grape soil longnullterm fertilization soil microbial community antibiotic resistance genes ARGs distribution patterns 葡萄作为一种经济作物 不仅在国际市场上 占有重要地位 也为人们提供了丰富的营养 中 国葡萄总产量位居世界第1 种植面积位居第2 1 土壤作为葡萄树生长的基础 其结构和理化性质 在长期施肥下会发生显著变化 从而影响土壤微 生物群落的组成和功能 特别是在果农长期高强 度经营条件下 土壤细菌群落多样性的变化对土 壤养分循环及果树生长都有重要影响 土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部 分 参与并影响土壤结构 养分循环 有机物分解 以及矿物质养分释放等关键过程 2 土壤微生物 群落结构受多种因素调控 其中土壤pH是影响其 群落结构的重要因素 研究表明 中等pH的土壤 具有较高的细菌多样性 而酸性或碱性的土壤环 境则会显著降低细菌多样性 3 此外 土壤养分组 成直接影响微生物群落的代谢 导致土壤微生物 结构发生变化 4 例如 施肥会导致土壤的碳氮比 C N 失衡 限制微生物可利用的碳源 进而改变 土壤微生物群落结构 5 长期施用化肥 尤其是氮 肥 会加速土壤酸化 并导致硝态氮在土壤中累 积 不仅会改变土壤环境 还可能引起抗生素耐药 基因 antibiotics resistance genes ARGs 的富集 6 7 ARGs在抗生素被发现之前就广泛存在于土 壤中 8null10 近年来 研究表明 ARGs可通过食物链 传播至人体 从而降低抗生素治疗的有效性 严重 威胁人类健康 11 据报道 2014年全球每年死于 抗生素耐药病原体引发疾病的人数为70万 至 2050年将上升至1 000万 12 微生物是ARGs的载 体 ARGs能够通过细菌间的直接接触 噬菌体转 导以及自然转化等机制在微生物群体间扩散 13null15 土壤是ARGs的重要储存库 研究表明 施肥会导 致土壤中ARGs的富集 16null18 因此 研究施肥条件 下的土壤微生物群落与ARGs之间的互作关系对 揭示ARGs在土壤中的传播机制至关重要 近年来 关于施肥对葡萄园影响的研究主要 集中在肥料类型和果实品质上 韩建等 19 探讨了有 机肥对葡萄品质和土壤环境的影响 王小龙等 20 研 究了有机肥对葡萄树根系及土壤养分的作用 李 文超等 21 分析了不同土壤条件对酿酒葡萄生理及 果实品质的影响 然而 针对葡萄土壤中微生物 群落和ARGs分布及其相关性的研究相对匮乏 因此 本研究以浙江省某葡萄果园为典型样地 探 讨长期施肥对葡萄土壤微生物群落多样性与 ARGs的影响 以期为评估农业活动对环境的潜在 影响 优化农田管理以及实现农业可持续发展提 供科学依据 1 材料与方法 1 1 试验区概况及试验材料 试验区位于浙江省丽水市莲都区 28 26 45 N 119 54 46 E 地处中亚热带季风气候区 气候 温暖湿润 雨量充沛 四季分明 具有典型的山地 立体气候特征 该区域年均气温18 1 年均降 水量1 427 mm 葡萄是当地主要的水果产业之一 采样点位于该区域内的某典型葡萄果园 该果园已 230 6 期 王会来等 长期施肥对葡萄土壤细菌群落多样性及ARGs分布的影响 连续施肥5年 施肥模式包括 基肥 15null15null15 1 0 kg hm 2 年 1 商品有机肥53 3 kg hm 2 年 1 催芽肥 15null15null15 1 7 kg hm 2 年 1 膨果肥 16null6null 24 2 0 kg hm 2 年 1 采样点栽培的葡萄品种为 阳光玫瑰 种植年限为10年 采集葡萄树周围 0 20 cm的表层土壤为研究对象 PT 以无种植 且未施肥的地块表层土壤作为对照 CK 每处 理采集3个重复样本 并将土壤分为3部分进行后 续分析 一部分土壤储存在4 条件下 用于测定 铵态氮 微生物生物量碳及微生物生物量氮 一部 分土壤置于 80 保存 用于提取DNA 一部分土 壤在室温下风干 过2 mm筛后用于分析pH 有机 质 碱解氮 全氮和全钾等理化指标 1 2 土壤理化性质测定 土壤理化性质的测定参照 土壤农化分 析 22 按照土水质量比1 5使用pH计 PHSnull3C 上海利达仪器厂 中国 测定土壤pH 采用靛酚蓝 法测定土壤铵态氮 NH 4 nullN 含量 采用重铬酸钾 容量法测定土壤有机质 soil organic matter SOM 含量 采用H 2 SO 4 消煮 凯氏蒸馏法测定土壤全氮 total nitrogen TN 含量 采用NaOH熔解 火焰光 度法测定土壤全钾 total potassium TK 含量 采 用碱解扩散法测定土壤碱解氮 alkalinullhydrolyzable nitrogen AN 含量 采用氯仿熏蒸浸提法测定土 壤微生物生物量碳 microbial biomass carbon MBC 和微生物生物量氮 microbial biomass nitrogen MBN 含量 1 3 土壤DNA提取及宏基因组测序 取出存放于 80 的土壤样本 使用HiPure Soil DNA Mini Kit土壤DNA提取试剂盒从0 5 g土 壤样本中提取DNA 使用NanoDrop分光光度计 ND1000 Thermo Scientific Wilmington DE 检测 DNA质量 将质量合格的DNA样品 OD260 280为 1 8 2 0 DNA 总量 1 g 采用 NEBNext Ultra TMDNA Library Prep Kit for llumina New England Biolabs MA USA 构建双端 pairednullend PE 文库 通过Agilent 2100 Agilent Technologies CA USA 检测文库的插入片段大小 并使用qPCR方法准 确定量文库的有效含量 3 nmoL L 1 文库合 格后 利用lumina HiSeq PE150平台 lumina CA USA 进行宏基因组测序 1 4 数据分析 利用 SPSS 19 0 统计分析软件进行数据差异 显著分析 采用单样本t检验比较各指标之间的 显著性差异 使用Origin2021软件制图 2 结果与分析 2 1 长期施肥下葡萄土壤理化性质的变化分析 由表1可知 施肥后的葡萄土壤与CK在各项 土壤基本理化指标上均存在显著差异 与CK相 比 葡萄土壤的pH降低1 87 SOM含量增加 236 0 AN和NH 4 nullN含量分别是CK的9 61和 9 28倍 葡萄土壤的TN含量为2 85 g kg 1 比CK 高243 3 TK含量为31 34 mg kg 1 比CK高 7 4 此外 葡萄土壤的MBC含量比CK高19 2 MBN含量为111 98 mg kg 1 是CK的8 53倍 综 上所述 长期施肥显著增加了土壤有机质 全量养 分 有效养分 微生物生物量碳和微生物生物量氮 的含量 表明长期施肥能够改善葡萄土壤的理化 性质 2 2 长期施肥下葡萄土壤微生物与ARGs数量 的变化分析 长期施肥条件下的葡萄土壤中可检测的微生 物菌科和耐药基因数量如图1所示 与CK相比 葡萄土壤中的菌科数量减少了23种 增加了12种 表 1 葡萄土壤的基本理化性质 Table 1 Basic physicochemical properties of grape soils 处理 Treatment PT CK pH 5 65 0 07 a 7 52 0 03 b 有机质SOM g kg 1 44 83 2 45 a 13 35 2 53 b 碱解氮AN mg kg 1 605 32 15 64 a 62 99 4 60 b 氨态氮NH 4 null N mg kg 1 71 17 3 77 a 7 67 1 30 b 全氮TN g kg 1 2 85 0 06 a 0 83 0 06 b 全钾TK mg kg 1 31 34 0 64 a 29 18 0 81 b 土壤微生物量 碳MBC mg kg 1 117 89 0 48 a 98 87 4 85 b 土壤微生物量 氮MBN mg kg 1 111 98 3 18 a 11 75 1 64 b 注 同列不同小写字母表示不同处理间在P 0 05水平差异显著 Note Different lowercase letters indicate significant differences between different treatments at P 0 05 level 231 中国农业科技导报 中英文 27 卷 特异性菌科 这可能是由于不同处理下土壤差异 所致 葡萄土壤与CK共检测659种耐药基因 与CK相比 葡萄土壤的耐药基因数量增加了 29 3 此外 葡萄土壤增加了218种特定耐药基 因 减少了86种天然耐药基因 表明耐药基因在 土壤中广泛存在 2 3 长期施肥下葡萄土壤细菌群落结构的变化 分析 施肥下的葡萄土壤和CK中优势细菌群落 丰度位于前20 的相对丰度如图2所示 在门水 平上 葡萄土壤和CK中相对丰度较高的菌门均 为假单胞菌门 Pseudomonadota 酸杆菌门 Acidobacteriota 和芽孢杆菌门 Bacillota 其中 Bacillota在不同处理下的相对丰度差异较大 其 在葡萄土壤中的相对丰度较CK高18 9 在纲 水平 葡萄土壤中的主要菌纲为杆菌纲 Bacilli null变形菌纲 AlphanullProteobacteria null变形菌纲 BetanullProteobacteria 放线菌纲 Actinomycetes 其相对丰度总和达68 6 CK的主要菌纲是 null变 形菌纲 BetanullProteobacteria Terriglobia null变形菌 纲 AlphanullProteobacteria 和 null变形菌纲 Deltanull Proteobacteria 其相对丰度总和为67 7 葡萄 土壤与CK的主要菌纲存在显著差异 葡萄土壤 中Bacilli和AlphanullProteobacteria的相对丰度显著 高于CK 而BetanullProteobacteria Terriglobia和Deltanull Proteobacteria的相对丰度显著低于CK 其中葡萄 土壤中Bacilli和AlphanullProteobacteria的相对丰度较 CK分别增加25 1 和8 7 而BetanullProteobacteria Terriglobia和DeltanullProteobacteria的相对丰度较 CK分别降低9 0 12 9 和8 7 在属水平 除 未分类的菌属外 葡萄土壤和CK中相对丰度差 异最大的菌属为硝化螺旋菌属 Nitrospira 其在葡 萄土壤中的相对丰度为2 4 较CK降低11 4 其 次是假纤细芽孢杆菌属 Pseudogracilibacillus 它 在葡萄土壤中的相对丰度为10 6 较CK提高 10 5 此外 葡萄土壤中的葡萄球菌属 Staphylococcus 假双头斧形菌属 Pseudolabrys 枝芽胞杆菌属 Virgibacillus 的相对丰度较CK分 别提高6 1 0 6 和5 4 而厌氧粘细菌属 Anaeromyxobacter 和纤线杆菌属 Ktedonobacte 的相对丰度较CK分别降低3 1 和2 9 综上 表明 长期施肥显著影响了葡萄土壤微生物群落 的结构及其相对丰度 2 4 长期施肥下葡萄土壤ARGs的分布特征 分析 图3A展示了葡萄土壤和CK土壤中的优势耐 药基因类别及相对丰度 在2种处理下相对丰度 占比较高的前4种耐药基因类别均为多药耐药类 multidrug 大环内酯类 MLS 四环素类 tetracycline 和糖肽类 glycopeptide 这4类在葡 萄土壤和CK中的相对丰度总和分别为75 4 和 79 1 其中多药耐药类的相对丰度最高 分别 为41 7 葡萄土壤 和46 8 CK对照 其次是 大环内酯类 其在葡萄土壤和CK中的相对丰度 分别为15 2 和12 7 由此表明 尽管2种处理 下土壤的优势耐药基因类别在结构上相似 但其 相对丰度存在显著差异 为了进一步揭示葡萄土壤与CK在ARGs上 的差异 对相对丰度前20的优势耐药基因进行分 析 结果 图3B 表明 除未被分类的耐药基因外 葡萄土壤与CK中相对丰度最高的耐药基因是 macB和tetA 58 macB在葡萄土壤和CK的相对 丰度分别为7 6 和8 2 tetA 58 的相对丰度分 别为4 4 和4 9 此外 除bcrA msbA patA efrA TaeA和novA基因在葡萄土壤中的相对丰度高于 A 菌科数量 B 耐药基因数量 A Number of mycofamilies B Number of resistance genes 图1 不同处理下土壤中的可检测菌科数量和 耐药基因数量 Fig 1 Number of mycogens and drugnullresistant genes detected under different treatments 232 6 期 王会来等 长期施肥对葡萄土壤细菌群落多样性及ARGs分布的影响 CK外 其余耐药基因的相对丰度均低于CK 以 上结果表明 长期施肥会显著改变果园土壤中 ARGs的相对丰度 2 5 优势菌群对葡萄土壤微生物整体功能代谢 及ARGs的贡献分析 土壤微生物是ARGs的重要携带者 研究耐 药基因类别和菌属的关系对于解析土壤微生物群 落和ARGs的相互作用具有重要意义 图4A展 示了10种菌属与4类耐药基因之间的关系 在多 药耐药类和糖肽类中 葡萄土壤中Pseudolabrys的 贡献率较CK分别高1 3 和1 5 通过葡萄土 壤中细菌群落在属水平上的结构分析发现 Anaeromyxobacter Ktedonobacter和Nitrospira在葡 萄土壤中相对丰度低于CK 而Pseudolabrys的相 对丰度高于CK 在耐药类别的贡献率方面 Anaeromyxobacter Ktedonobacter和Nitrospira也表 现出相同的趋势 以上结果表明 葡萄土壤中的 耐药基因类别与优势细菌群落的演变密切相关 图4B展示了优势菌群与土壤微生物功能之 间的关系 与CK相比 葡萄土壤中优势菌群在 4种COG功能中的总贡献率较低 具体而言 葡 萄土壤中的Nitrospira在E功能类的贡献率为 1 0 比CK低10 5 在C功能类的贡献率为1 9 比CK低13 1 在R功能类的贡献率为1 7 比 CK低13 6 在T功能类的贡献率为3 3 比CK 低15 2 此外 葡萄土壤中的Anaeromyxobacter 和Ktedonobacter也表现出与Nitrospira相似的趋势 在4种COG功能中的贡献率均低于CK 与此相 反 葡萄土壤中的Pseudolabrys在各功能类别中的 贡献率均高于CK 其中在C功能类的贡献率为 6 42 比CK高1 74 在R功能类的贡献率为 3 93 比CK高0 82 在T功能类的贡献率为 A 门水平 B 纲水平 C 属水平 A Phylum level B Class level C Genus level 图2 不同处理下土壤中优势细菌 前20 的相对丰度 Fig 2 Relative abundance of dominant bacteria top 20 under different treatments 233 中国农业科技导报 中英文 27 卷 3 05 比 CK 高 0 86 以 上 结 果 表 明 Anaeromyxobacter Ktedonobacter Nitrospira 和 Pseudolabrys在不同COG功能的贡献率存在显著 差异 图4C展示了优势菌群与土壤微生物代谢之间 的关系 与CK相比 葡萄土壤中的Nitrospira在全 球和总览图谱 global and overview map 碳水化合 物代谢 氨基酸代谢和能量代谢中的贡献率分别低 13 9 11 9 11 3 和13 5 Anaeromyxobacter 和Ktedonobacter也表现出与Nitrospira相同的趋势 此外 葡萄土壤中的Pseudolabrys在全球和总览图 谱 氨基酸代谢和能量代谢的贡献率分别比CK高 0 42 0 03 和1 56 表现出与Nitrospira相反的 趋势 以上结果表明 长期施肥下 其优势菌属主 要在氨基酸代谢 细胞能量利用等复杂生化代谢中 发挥重要作用 3 讨论 3 1 长期施肥对葡萄土壤理化性质的影响 施肥是提高果园收益的必要措施 本研究发 现 长期施肥会使土壤pH降低 而有机质 全氮和 全钾含量显著增加 在好氧条件下 施入的氮肥 主要是尿素 经水解转化为NH 4 并进一步通过 硝化作用转化为NO 3 这个过程伴随着H 的释放 随着NO 3 的淋溶 导致土壤酸化 23 杜天宇等 24 发现 连续施肥7年的核桃树根际土壤中的SOM TN和NH 4 nullN含量分别为CK处理的2 2 2 0和2 1 倍 而土壤pH较CK处理显著降低 赵佐平等 25 研究表明 连续施肥7年后 苹果园土壤的SOM含 量较CK处理提高29 3 臧逸飞等 26 研究表明 连续施肥26年后 土壤MBC含量较CK处理提升 55 8 MBN含量提升77 9 长期施肥能改善土 壤的物理结构 如增加土壤团聚体含量 提高土壤 的总孔隙度 通气孔隙度和保水能力 而良好的土 壤结构有利于微生物生长和活动 进而增加土壤 中的微生物生物量 27 28 此外 土壤SOM含量与 微生物生物量间存在良好的正相关性 这也是 MBN和MBC增加的重要原因 24 29 30 3 2 长期施肥对葡萄土壤微生物群落的影响 土壤微生物是农田生态系统的重要组成部 分 其群落结构受土壤中可利用养分的调控 4 研 究表明 长期施肥会显著影响土壤的理化性 质 31null33 而土壤的理化性质是影响微生物群落结构 的关键因素 2 Shi等 34 研究指出 长期施肥会影响 植物根际土壤环境变化 进而导致根际功能微生 物群的富集 在长期施肥下 葡萄土壤中 Pseudogracilibacillus Staphylococcus Virgibacillus Anaeromyxobacter Ktedonobacter Nitrospira 和 A 优势耐药类别 B 优势耐药基因 A Dominant drug resistance category B Dominant drug resistance genes 图3 不同处理下的土壤微生物耐药类别和耐药基因丰度 Fig 3 Abundance and categories of dominant drug resistance genes under different treatments 234 6 期 王会来等 长期施肥对葡萄土壤细菌群落多样性及ARGs分布的影响 Pseudolabrys的相对丰度均发生了显著变化 有 机肥的施用向土壤中引入大量外源微生物 35 Pseudogracilibacillus是有机肥腐熟过程中的关键 菌属 36 长期施加商品有机肥使得该菌属在葡萄 土壤中的相对丰度高于CK Staphylococcus能够 利用植物根系分泌的葡萄糖 蔗糖等物质 并与 土壤有机碳含量呈正相关 37 长期施肥增加了 土壤中的有机碳含量 而葡萄发达的根系也提 供了丰富的根系分泌物 二者共同促进了 Staphylococcus的生长与繁殖 从而使其在葡萄土 壤中的相对丰度高于CK Virgibacillus在高盐环 境下具有较强的适应能力 且与土壤盐分关系 密切 38 长期施肥增加了葡萄土壤中的K 和 Na 含量 使土壤盐含量发生变化 从而促进了该 菌属的生长 Anaeromyxobacter在土壤固氮过程 中起重要作用 其生长的最佳pH为7 0 低pH环 境抑制其丰度 在长期施肥下 土壤中易分解的 碳源增加 土壤有机质分解加剧 代谢产物如有 机酸等可抑制Anaeromyxobacter活性 从而导致 其相对丰度降低 39null41 Ktedonobacter在土壤碳循 环中发挥重要作用 张佳音 42 研究发现 在化肥 和有机肥配施时 Ktedonobacter的相对丰度下 降 这与本研究的结果一致 该菌属在恶劣环 境中具有较强的适应能力 能够在寡营养环境 中占据主导地位 43 Nitrospira是土壤氮循环中 的关键菌属 44 45 Ying等 46 研究表明 长期施肥处 理下该菌属的相对丰度低于CK处理 这可能 与Nitrospira对土壤酸化的高敏感性有关 47 48 长期施肥导致葡萄土壤 pH 降低 抑制了 Nitrospira的生长 使得该菌属的相对丰度低于 CK 此外 Pseudolabrys的相对丰度与土壤中TN 和TK等养分含量呈正相关 34 由此可知 长期 施肥通过降低土壤pH 增加SOM和TN TK等养 分含量 驱动葡萄土壤中的Pseudogracilibacillus Staphylococcus等微生物的相对丰度显著增加 同 时抑制了Nitrospira Anaeromyxobacter等微生物 的相对丰度 导致土壤微生物群落结构发生了 显著变化 A 优势菌群与耐药类别的关系 B 优势菌群与细菌群落功能的关系 C 优势菌群与细菌群落代谢的关系 A Relationship between dominant microflora and drug resistance classes B Relationship between dominant flora and bacterial community function C Relationship between dominant microflora and bacterial community metabolism 图4 不同处理下土壤优势菌群与耐药类别 细菌群落功能和代谢的关系 Fig 4 Relationship between dominant microbial community and antimicrobial resistance category bacterial community function and bacterial community metabolism under different treatments 235 中国农业科技导报 中英文 27 卷 3 3 优势菌群对葡萄土壤ARGs及整体功能代 谢的影响 粪肥作为有机肥已成为土壤中抗生素残留 物 抗生素耐药细菌和ARGs的储存库 研究表 明 连续施用有机肥能显著改变土壤中ARGs和 细菌群落的相对丰度 多样性和组成 49 50 Chen 等 10 发现 施用有机粪肥可使其中的抗生素耐药 细菌及移动遗传元件在土壤中发生水平基因转 移 显著增加土壤中ARGs的多样性和相对丰度 并改变与ARGs分布显著相关的细菌群落组成 许多高丰度微生物群落已被证明是土壤ARGs的 载体 11 Wang等 51 研究表明 Proteobacteria和 Actinobacteriota是ARGs的主要潜在宿主 且与 ARGs丰度呈正相关 在长期施肥条件下 葡萄 土壤中的耐药基因数量和相对丰度也发生了显著 变化 研究显示 长期施肥显著增加了四环素类 耐药基因的相对丰度 52 对连续5年施肥的水稻 土壤进行分析发现 ARGs的相对丰度较CK处理 提高21 9 23 2 53 长期施肥引起的环境变化 是导致土壤ARGs变化的关键因素 54 Xiao等 55 研究表明 ARGs与土壤pH呈负相关 而Li等 56 的 研究结果与之相反 本研究表明 长期施肥后的 葡萄土壤pH下降 多数ARGs的相对丰度低于 CK 也有少数ARGs的相对丰度高于CK 这进一 步证明 土壤pH是影响ARGs丰度的关键因素 土壤pH的变化强烈影响ARGs在土壤中的吸附 和解吸行为 而ARGs存在于土壤微生物中 pH通 过影响土壤微生物群落的结构和功能 从而间接 影响ARGs的累积和迁移 56null58 macB在抗生素外 排过程中发挥重要作用 其编码蛋白能将抗生素 从细胞内泵出 降低细胞内抗生素水平 从而增强 细菌耐药性 59 Wang等 51 对猪场附近的土壤调 查发现 外排泵是主要的耐药机制 本研究也表 明 在葡萄土壤和CK土壤中 macB基因的相对丰 度最高 宏基因组学分析表明 多药耐药类 大环 内酯类 四环素类和糖肽类在葡萄土壤和CK中 普遍存在 这表明ARGs广泛存在于土壤 且难 以完全消除 60 Liu等 61 研究长期施肥对红土 潮 土和黑土ARGs的影响发现 在这些典型的农业 土壤中 多药耐药类是ARGs的主要类型 这与本 研究结果一致 此外 在长期施肥模式下 大环内 酯类的耐药基因出现了生态适应性 对施肥土壤 环境表现出更强的耐受性 这也是葡萄土壤中大 环内酯类耐药基因相对丰度高于CK的重要 原因 62 研究菌属与耐药基因类别之间的关系对于研 究土壤微生物群落和ARGs的关系至关重要 本 研究发现 不同菌属对耐药基因类别的贡献率存 在显著差异 表明微生物群落结构的演替在葡萄 土壤ARGs的丰度变化中起重要作用 这是由于 微生物细胞内存在大量的基因组和质粒 这些遗 传物质能够携带ARGs 并在不同微生物之间传 播 63 抗生素耐药机制受蛋白质调控 大环内酯 类耐药基因就是通过红霉素核糖体甲基化 erythromycin ribosome methylation Erm 蛋白的作 用实现的 这些蛋白能够甲基化细菌核