129 / 2023-10-24 08:59:44

污水厂尾水灌溉稻田残留抗生素对稻米品质的影响及土壤中微生物污染特征

尾水灌溉；抗生素抗性基因（ARGs）；毒力因子(VFs)；人类细菌性病原体（HBPs）；稻谷品质响应

在现代工业化和城市化的背景下，水资源的紧缺和污染问题已经成为一个全球性的问题。近年来我国的水资源量持续减少，农业作为用水大户，占总用水量的比例一直维持在60%以上，现阶段对农业节水和高效用水的要求更加迫切，再生水回用于农业灌溉是缓解水资源缺乏这一问题的有效途径，然而，再生水用于稻田灌溉时的微生物污染情况，包括抗生素耐药基因(Antibiotic resistance genes， ARGs)、毒力因子(Virulence factors，VFs)和人类细菌病原体(Human bacterial pathogens，HBPs)，在灌溉的稻田土壤中尚不清楚。本研究基于宏基因组学分析对污水厂尾水长期灌溉稻田中稻田土的抗生素抗性基因组、VFs和HBPs进行了系统的分析研究，结果表明，尾水中残留抗生素的存在通过增加ARGs的总量和丰度来影响抗生素抗性基因组；此外，实验分析结果发现sul1可以作为评估ARG污染的潜在风险指标。VFs、核心HBP丰度和危险HBPs不受污水厂尾水灌溉的影响。ARGs-HBPs和ARGs- VFs的良好共存模式表明存在耐药HBPs。网络分析结果显示，携带ARGs的Legionella pneumophila, Mycobacterium marinum, Bordetella pertussis, Staphylococcus aureus, 与 Pseudomonas aeruginosa可被列为高危HBPs。此外，分析了尾水灌溉对水稻生长及稻谷品质特征的相应变化，结果表明残余抗生素在水稻根茎及水稻土壤中有积累，在稻谷颗粒中无残留，水稻植株能通过保持正常的光合作用和增加抗氧化防御能力抵御抗生素的胁迫。当尾水中抗生素浓度低于100 μg/L时，尾水灌溉水稻对水稻生长和稻谷品质没有不利影响，而实际污水厂尾水中抗生素含量远低于100 μg/L。本研究首次研究了长期污水厂尾水灌溉对水稻土VFs和HBPs的响应。该研究结果对于污水厂尾水回灌稻田的推广应用及相应的粮食安全生产具有重要的理论与实践指导意义，也为城市污水厂尾水的安全利用提供了科学依据。