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近日，我校環(huán)境學(xué)院鮑建國(guó)課題組在環(huán)境領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Water Research》上發(fā)表了題為“Comprehensive metagenomic and enzyme activity analysis reveals the inhibitory effects and potential toxic mechanism of tetracycline on denitrification in groundwater”的研究論文。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）為該論文唯一單位，鮑建國(guó)教授為通訊作者，博士研究生張怡為第一作者。

地下水經(jīng)常被使用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉，也是飲用水的重要來(lái)源之一。反硝化作用是淺層地下水脫氮的主要機(jī)制，在地下水硝酸鹽污染日益嚴(yán)重的趨勢(shì)下，反硝化作用對(duì)地下水健康的重要性不言而喻，一旦受到干擾會(huì)直接導(dǎo)致地下水質(zhì)量下降，存在極大的安全隱患。因此，反硝化作用的正常進(jìn)行對(duì)地下水氮循環(huán)過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定有著重要意義。地下水反硝化作用主要由微生物驅(qū)動(dòng)，任何干擾微生物的因素都可能影響反硝化作用的正常進(jìn)行。由于四環(huán)素（TC）具有強(qiáng)烈的抑菌效果，可通過(guò)影響微生物間接干擾反硝化作用，對(duì)地下水環(huán)境健康造成威脅。該研究采用宏基因組學(xué)技術(shù)和酶活分析相結(jié)合的手段，從蛋白質(zhì)和基因水平同時(shí)揭示四環(huán)素對(duì)地下水反硝化作用的影響及其機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)四環(huán)素可以顯著抑制地下水反硝化作用，導(dǎo)致硝酸鹽和亞硝酸鹽在地下水中積累。

圖1 四環(huán)素對(duì)地下水反硝化作用影響概念圖

通過(guò)對(duì)地下水微生物群落分析發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素顯著抑制微生物生長(zhǎng)及其活性。反硝化菌Pseudomonas在四環(huán)素脅迫下相對(duì)豐度顯著降低。進(jìn)一步分析群落功能發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素對(duì)輔因子與氨基酸代謝（metabolism of cofactors and vitamins）、核苷酸代謝（nucleotide metabolism）、能量代謝（energy metabolism）、信號(hào)傳導(dǎo)（signal transduction）等通路有抑制效果，進(jìn)而導(dǎo)致反硝化效率的降低。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)四環(huán)素抑制微生物的碳源代謝、電子傳遞系統(tǒng)活性和反硝化酶活性，導(dǎo)致反硝化相關(guān)代謝中的電子產(chǎn)生、傳遞和消耗過(guò)程效率均受抑制，反硝化效率降低。

宏基因組學(xué)數(shù)據(jù)顯示四環(huán)素對(duì)反硝化相關(guān)代謝過(guò)程關(guān)鍵基因的復(fù)制有抑制效果，包括三羧酸循環(huán)中生成ATP和電子供體的功能基因、電子傳遞系統(tǒng)相關(guān)基因、反硝化功能基因。

圖2 四環(huán)素對(duì)反硝化相關(guān)代謝過(guò)程基因的影響

該研究認(rèn)為四環(huán)素對(duì)反硝化作用的抑制導(dǎo)致硝酸鹽和亞硝酸鹽在地下水中積累，嚴(yán)重影響地下水環(huán)境健康。該研究系統(tǒng)且深刻地揭示了四環(huán)素對(duì)地下水反硝化作用的影響及機(jī)理，有助于全面了解抗生素的環(huán)境危害，對(duì)評(píng)估地下水抗生素污染風(fēng)險(xiǎn)具有重要理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 42077312）的資助。

論文信息：

標(biāo)題：Comprehensive metagenomic and enzyme activity analysis reveals the inhibitory effects and potential toxic mechanism of tetracycline on denitrification in groundwater.

作者：Yi Zhang, Jianguo Bao^*, Jiangkun Du, Qidi Mao, Benai Cheng

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120803