资环所在华南三熟制农田不同施肥模式长期定位试验揭示土壤抗生素耐药基因传播方面取得新进展
近日,资环所农业微生物团队在国际期刊Environmental Pollution(中科院二区,IF=7.6)上发表了题为“Impact of different continuous fertilizations on the antibiotic resistome associated with a subtropical triple-cropping system over one decade”的研究论文。该论文利用华南三熟制农业生态系统长期定位试验揭示了不同施肥模式对土壤抗生素抗性基因(ARGs)分布的长期影响及其主要驱动因素。资环所为论文第一单位,郑瑾博士后和李雅莹副研究员为论文共同第一作者,顾文杰研究员为论文通讯作者。
ARGs的扩散和传播在农业生态系统中引起了广泛关注。亚热带三熟制在农业生产中占据着重要地位,不仅保障了粮食安全,还促进了地方经济的发展和农民收入的增加。然而,为了实现稳定的生产,三熟制系统的土壤中会持续施用大量肥料,包括粪肥、有机肥等,这可能导致抗生素在土壤中的残留增加,并刺激ARGs的传播。然而,不同施肥模式对土壤ARGs分布的长期影响及其主要驱动因素仍不明确。本研究通过宏基因组技术,从长期定位试验的2012年以及2021年连续施肥的三熟制土壤中共检测到26种ARG类型的615种ARG亚型;与施化肥和鸡粪有机肥相比,连续10年施加新鲜鸡粪在引入大量新型ARGs的同时,也会刺激ARGs的扩散;而在不施肥及施加化肥处理中,土壤生态系统对ARGs的承载与传播能力在长期过程中会逐渐趋于稳定和降低。同时ARGs潜在宿主微生物的丰度不仅受到施肥引起的土壤pH和养分变化的影响,还可能受到轮作过程中作物根系分泌物等的影响。结合理化特征、病毒以及可移动遗传元件(MGEs)的随机森林模型和方差分解分析,表明由MGEs和病毒介导的水平基因转移(HGT)可能是影响华南三熟制种植模式土壤中ARGs分布最关键的因素。这些发现为理解不同施肥模式对华南三熟制农业生态系统中ARGs传播的影响提供了新的视角,同时为优化施肥管理策略提供了重要的科学依据。
本研究得到了国家自然基金(42307185,41807031)、广东省重点领域研发计划项目(2023B0202020001)、篮球博彩低碳农业与碳中和研究中心(XT202220)等项目的共同资助。
原文链接:http://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.125564