楊玉琦,趙悅文,張秋蘭,劉長禮,文萌托

典型抗生素對(duì)濕地反硝化甲烷厭氧氧化的影響

楊玉琦1,2,3,趙悅文1,3,4*,張秋蘭2,劉長禮1,3,文萌托2,3

(1.福建省水循環(huán)與生態(tài)地質(zhì)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361021；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100083；3.中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,河北 石家莊 050061；4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430074)

選取甲烷排放通量較高并且受喹諾酮類抗生素(QNs)污染較嚴(yán)重的白洋淀濕地為研究對(duì)象,通過開展13C標(biāo)記的微宇宙實(shí)驗(yàn),研究典型QNs包括:氧氟沙星(OFL)、諾氟沙星(NOR)和氟甲喹(FLU)對(duì)白洋淀濕地DAMO過程的短期影響.結(jié)果表明:3種QNs均促進(jìn)了微生物DAMO過程,且對(duì)DAMO的促進(jìn)效果表現(xiàn)為OFL>NOR >FLU;除添加2ng/g的OFL對(duì)DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)的影響基本可以忽略外,添加其他濃度(20,200,2000ng/g)的OFL均促進(jìn)了白洋淀濕地的DAMO過程,并且這種促進(jìn)作用總體呈現(xiàn)出劑量效應(yīng);進(jìn)一步分析QNs對(duì)NO2-,NO3-分別驅(qū)動(dòng)的DAMO的影響發(fā)現(xiàn),200ng/g的NOR抑制了由細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的以NO2-為電子受體的DAMO過程(nitrite-DAMO),但更大程度地促進(jìn)了由古菌驅(qū)動(dòng)的以NO3-為電子受體的DAMO過程(nitrate-DAMO),最終表現(xiàn)為QNs對(duì)NO3-和NO2-共同驅(qū)動(dòng)的總體的DAMO過程的促進(jìn)作用.

白洋淀濕地；喹諾酮類抗生素；甲烷；反硝化甲烷厭氧氧化；13C標(biāo)記的微宇宙實(shí)驗(yàn)

抗生素是一類對(duì)微生物活性具有抑制作用的化合物.研究表明,中國是世界上抗生素原料藥和成藥生產(chǎn)量最大的國家.其中喹諾酮類抗生素(QNs)由于其抗菌性強(qiáng)且價(jià)格低廉,應(yīng)用最為廣泛[1];加之QNs口服利用率低,約30%～90%以原藥或代謝產(chǎn)物的形式排出體外[2],使得QNs在環(huán)境中檢出率高.而QNs的高固液分配系數(shù)使其更傾向于與在沉積物中殘留(約占環(huán)境中QNs總歸趨的39%[3]),因而QNs極有可能對(duì)沉積物中微生物主導(dǎo)的生物地球化學(xué)過程產(chǎn)生強(qiáng)烈影響,并引起生態(tài)環(huán)境與人類健康風(fēng)險(xiǎn).

濕地是抗生素重要的歸宿,與國內(nèi)其他濕地相比白洋淀濕地沉積物中QNs污染較為嚴(yán)重,其中諾氟沙星(NOR)、氧氟沙星(OFL)、氟甲喹(FLU)濃度較高.2017年OFL和FLU在白洋淀沉積物中的檢出率為100%[4].2018年在白洋淀的9種QNs中,NOR的平均濃度最高,為128ng/g,最高濃度達(dá)535ng/g[5].

濕地也是全球重要的甲烷源,與國內(nèi)其他濕地如長江口濕地、閩江河口濕地相比白洋淀濕地處于甲烷高排放水平[6-9].以往研究表明,甲烷厭氧氧化大約減少了淡水濕地甲烷排放通量的50%以上[10],其中以NO3-和NO2-為電子受體的反硝化甲烷厭氧氧化起著重要作用.白洋淀濕地受入湖河流污水及養(yǎng)殖業(yè)的影響,具有較高的氮輸入,同時(shí)白洋淀濕地沉積物中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和甲烷,這為微生物DAMO過程提供了適宜的條件.已有研究采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法對(duì)白洋淀沉積物中的細(xì)菌進(jìn)行定量分析,結(jié)果表明在白洋淀的20個(gè)沉積物樣品中均存在細(xì)菌,細(xì)菌豐度為9.74×103～1.49×106copies/g,這說明了細(xì)菌在白洋淀沉積物中普遍存在,并且白洋淀濕地沉積物中的DAMO細(xì)菌的豐度遠(yuǎn)高于其他濕地[11].

當(dāng)前濕地生境中日益嚴(yán)峻的抗生素污染對(duì)DAMO過程的影響研究少有報(bào)道,因此本文以受抗生素污染較嚴(yán)重、甲烷排放通量較高的白洋淀濕地為研究區(qū),通過開展13C標(biāo)記的微宇宙實(shí)驗(yàn),研究典型QNs(OFL、NOR、FLU)對(duì)濕地微生物DAMO的影響,研究的開展是抗生素對(duì)濕地微生物DAMO過程影響研究的創(chuàng)新性嘗試,研究結(jié)果可為維護(hù)濕地的生態(tài)環(huán)境功能提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

本研究的目的在于探討不同種類和不同濃度的QNs對(duì)于白洋淀濕地沉積物中微生物DAMO過程的影響,在實(shí)驗(yàn)過程中控制抗生素為單一變量.為了避免沉積物中原有的抗生素對(duì)于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的影響,在前人研究的基礎(chǔ)上,選取了抗生素濃度較低的點(diǎn)位進(jìn)行樣品采集(圖1),隨后分析了采集的沉積物樣品的抗生素濃度,結(jié)果顯示沉積物的抗生素含量總體處于較低的水平(表1),其含量遠(yuǎn)低于在微宇宙實(shí)驗(yàn)中外加的抗生素含量,因此可忽略沉積物樣品中殘留抗生素對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.采樣時(shí)使用沉積物取樣器采取沉積物巖芯,每個(gè)采樣點(diǎn)位分別在邊長為5～10m的正五邊形角點(diǎn)以及中心點(diǎn)鉆取巖芯,中心點(diǎn)位巖芯用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,使用土壤多參數(shù)測(cè)試儀(Delta?T WET?2, USA)測(cè)試沉積物的溫度、氧化還原電位等參數(shù);將其余的沉積物樣品4℃避光密封保存,冷藏并送至實(shí)驗(yàn)室,一部分用于測(cè)試地球化學(xué)參數(shù),另一部分用于進(jìn)行13C標(biāo)記的微宇宙實(shí)驗(yàn).

圖1 白洋淀采樣點(diǎn)示意

表1 采樣點(diǎn)沉積物中QNs濃度

注:ND.為未檢出.

1.2 沉積物理化性質(zhì)測(cè)試

使用pH分析儀(Mettler Toledo Seven Excellence, USA)測(cè)定沉積物的pH值;使用元素分析儀(EA 2400II, Perkin Elmer, USA)測(cè)定沉積物的總氮(TN),使用TOC分析儀(TOC-L CPH, Shimadzu, JAPAN)測(cè)定沉積物的總有機(jī)碳(TOC); NH4+、NO2-、NO3-用KCl震蕩浸提,沉積物中的SO42-用去離子水進(jìn)行浸提,隨后用DIONEX ICS?2000型離子色譜儀(Thermo Fisher Scientific Inc, USA)分別測(cè)定浸提液NH4+、NO2-、NO3-及SO42-離子濃度.

1.3 13CH4的DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)測(cè)定

1.3.1 制備泥漿后分組預(yù)培養(yǎng) 稱取不同點(diǎn)位的沉積物樣品混合使用,加入脫氣滅菌純水制備泥漿,用滅菌尼龍濾網(wǎng)濾去泥漿中植根等雜質(zhì),再加入脫氣滅菌純水定容至500mL.向泥漿通入高純氦氣以排除泥漿中溶解的氧氣.隨后在厭氧手套箱中將泥漿封裝至滅菌的50mL帶PTFE隔墊的鉗口頂空培養(yǎng)瓶,每個(gè)頂空瓶中裝入17.8mL泥漿(約含10g沉積物).隨后在25℃下,將裝有泥漿的頂空瓶避光靜置預(yù)培養(yǎng)48h,消耗原有的電子受體等[12].

1.3.2 添加試劑 根據(jù)實(shí)驗(yàn)分組(表2)向頂空瓶?jī)?nèi)注入相應(yīng)的電子受體溶液(NaNO3和NaNO2)、抗生素溶液和13CH4.添加電子受體溶液時(shí),使用氣密針注入1mL 0.39mmol/L的NaNO2溶液和1mL 4.45mmol/L NaNO3的溶液,模擬取樣點(diǎn)沉積物中NO2-和NO3-平均濃度;添加抗生素溶液時(shí),使用微量進(jìn)樣針注入200ng/g的抗生素溶液(200ng/g是濕地沉積物中QNs的常見濃度,通過控制注入頂空瓶?jī)?nèi)抗生素的量,可以將頂空瓶?jī)?nèi)沉積物的濃度控制在2～2000ng/g);最后添加滅菌脫氣純水將泥漿補(bǔ)齊至20mL(約含10g沉積物),抽取300μL頂空氣體,注入等量13CH4使其在頂空瓶?jī)?nèi)的體積分?jǐn)?shù)為1%,保持頂空培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)外壓力平衡.

1.3.3 終止實(shí)驗(yàn) 將頂空瓶放在25℃的搖床上避光培養(yǎng).在0、6、12、18和24h,分別向頂空瓶?jī)?nèi)注入250μL ZnCl2終止培養(yǎng),并通過加入250μL HCl(50%)將頂空培養(yǎng)瓶中溶解的CO2從反應(yīng)泥漿中排出,用密封膠封住針孔.

1.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)定 通過同位素質(zhì)譜分析儀(Delta V Advantage,Thermo Fisher, USA)測(cè)定每個(gè)小瓶中的13CO2/12CO2的比例.本實(shí)驗(yàn)13CO2/12CO2的分析精度為0.2‰,CO2濃度(13CO2+12CO2)使用PoraPlotQ色譜柱通過氣相色譜儀(Trace GC Ultra, Agilent, USA)測(cè)定.計(jì)算得每個(gè)50mL瓶中產(chǎn)生的13CO2.然后將實(shí)驗(yàn)組的13CO2濃度減去相應(yīng)陰性對(duì)照組的13CO2濃度計(jì)算得到實(shí)際DAMO反應(yīng)速率,利用ORIGIN 2021做隨時(shí)間變化的DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)圖,并進(jìn)行線性擬合.

表2 13C標(biāo)記的微宇宙實(shí)驗(yàn)分組

注:研究不同種類的QNs對(duì)DAMO的影響實(shí)驗(yàn)組設(shè)置為(a) ～ (d)組,陰性對(duì)照組為(e) ～ (h)組;研究不同濃度的OFL對(duì)DAMO的影響實(shí)驗(yàn)組設(shè)置為(i) ～ (l)組,陰性對(duì)照組為(n)組;研究NOR分別對(duì)nitrate-DAMO和 nitrite-DAMO的影響實(shí)驗(yàn)組設(shè)置為(o) ～ (r)組.其中陰性對(duì)照組不添加電子受體,僅添加與實(shí)驗(yàn)組相同劑量的13CH4和抗生素,以計(jì)算預(yù)培養(yǎng)中未完全耗盡的剩余電子受體通過好氧甲烷氧化或AOM產(chǎn)生的13CO2量.

2 結(jié)果與討論

2.1 白洋淀取樣點(diǎn)理化參數(shù)

白洋淀濕地沉積物的理化參數(shù)如表3所示,沉積物溫度在22～25℃之間,差異不大,平均pH值為7.91,呈弱堿性.采樣點(diǎn)之間氧化還原電位均為負(fù)值,呈還原環(huán)境.有機(jī)質(zhì)含量較高.各采樣點(diǎn)總氮含量較高,平均值可達(dá)4484.20μg/g.氨氮含量在28.4～ 174mg/kg波動(dòng),亞硝酸鹽氮含量為0.18～0.42mg/kg,水溶性硝酸鹽的濃度在0.01～0.018g/kg.

2.2 QNs對(duì)白洋淀濕地微生物DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,未添加電子受體的陰性對(duì)照組DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)比實(shí)驗(yàn)組低兩個(gè)數(shù)量級(jí),說明沉積物樣品中氧氣、NO3-、NO2-以及其他可能被利用的電子受體(比如SO42-、Fe3+、Mn4+)等殘留量很少,對(duì)于本研究的影響可以忽略.

添加不同種類的QNs(OFL、NOR、FLU)對(duì)NO3-和NO2-共同驅(qū)動(dòng)的DAMO的短期影響如圖2所示.在沒有QNs作用下,DAMO過程的反應(yīng)速率潛勢(shì)為6.37nmol/(g·d);添加了FLU、NOR和OFL后的DAMO的反應(yīng)速率潛勢(shì)分別為8.92,9.45, 10.47nmol/(g·d),與無QNs空白對(duì)照相比,相對(duì)增加了40.03%、48.35%和64.36%,對(duì)DAMO過程的促進(jìn)效果表現(xiàn)為OFL>NOR>FLU.FLU是第二代喹諾酮類藥物,這類藥物的特點(diǎn)是在抗菌譜方面有所擴(kuò)大,而OFL和NOR為第三代喹諾酮類藥物,這類藥物的特點(diǎn)是抗菌譜進(jìn)一步擴(kuò)大,對(duì)葡萄球菌等革蘭陽性菌也有抗菌作用,對(duì)一些革蘭陰性菌的抗菌作用則進(jìn)一步加強(qiáng).FLU、OFL、NOR這3種抗生素同屬于QNs,本身結(jié)構(gòu)相似卻又不同,因此可能導(dǎo)致它們對(duì)DAMO過程的促進(jìn)作用不同.除此之外張玉葉等[14]在研究典型QNs對(duì)反硝化細(xì)菌的聯(lián)合藥敏試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),反硝化菌對(duì)5種典型QNs的敏感性大小為:恩諾沙星>環(huán)丙沙星>OFL>鹽酸洛美沙星>NOR,因此本文認(rèn)為DAMO菌可能對(duì)實(shí)驗(yàn)中的3種QNs (OFL、NOR、FLU)的敏感性大小有差異,因而最終導(dǎo)致對(duì)DAMO過程的促進(jìn)作用不同.

表3 白洋淀濕地沉積物的理化參數(shù)

圖2 不同種類的QNs對(duì)DAMO的影響

可以看出在200ng/g的濃度下,OFL對(duì)DAMO的影響較大,且最新的研究結(jié)果顯示OFL在白洋淀沉積物中濃度和檢出率最高,因此本文以O(shè)FL為例開展進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),研究不同濃度的QNs對(duì)DAMO過程的影響,結(jié)果顯示:未添加抗生素時(shí)的空白對(duì)照組的DAMO的反應(yīng)速率潛勢(shì)為13.90nmol/(g·d),在2, 20,200,2000ng/g的OFL的作用下,DAMO的反應(yīng)速率潛勢(shì)分別為13.53,16.69,14.67,17.65nmol/ (g·d)(圖3).除添加2ng/g的OFL對(duì)DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)的影響基本可以忽略外,添加20～2000ng/g的OFL均對(duì)DAMO有著明顯的促進(jìn)作用,且這種促進(jìn)作用隨著QNs濃度的增加總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì).添加2ng/g的OFL對(duì)DAMO影響較小,主要是由于添加的抗生素濃度過低,不足以對(duì)DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)產(chǎn)生顯著的影響.隨著OFL濃度增加到20ng/g并進(jìn)一步增加到2000ng/g,DAMO速率分別相對(duì)增加了20.07%、5.54%和26.98%.從不同時(shí)間來看,添加QNs后,從0～0.75d,DAMO的反應(yīng)速率潛勢(shì)都在平穩(wěn)的變化,但在0.75d后DAMO速率潛勢(shì)呈增加趨勢(shì).這可能由于沉積物樣品在使用之前一直4℃保存,將其制備成泥漿后,部分微生物處于休眠階段.在預(yù)培養(yǎng)期間,頂空瓶?jī)?nèi)僅有沉積物中殘留的底物(包括電子受體和甲烷),而殘留的底物可能不足以支持參與DAMO過程的微生物被完全喚醒,因此在預(yù)培養(yǎng)過程中可能是一些對(duì)底物具有更強(qiáng)親和力的DAMO微生物表現(xiàn)出活性.正式實(shí)驗(yàn)階段,人為的添加底物后(包括電子受體和甲烷),反應(yīng)體系的底物充足,一些對(duì)于底物競(jìng)爭(zhēng)力相對(duì)較差的微生物也開始活躍,積極參與反應(yīng),因此經(jīng)過了一段時(shí)間的正式培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的DAMO微生物表現(xiàn)出更高的活性,進(jìn)而使得DAMO速率潛勢(shì)在0.75d后明顯提升.

圖3 不同濃度的OFL對(duì)DAMO的影響

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,添加不同種類以及不同濃度的QNs均促進(jìn)了微生物DAMO過程,這與前人研究發(fā)現(xiàn)的抗生素通常會(huì)抑制微生物過程的結(jié)果不一致.抗生素作為殺菌類藥物,研究表明其濃度達(dá)到一定程度時(shí)可抑制細(xì)菌的數(shù)量和活性.然而, DAMO過程是由細(xì)菌和古細(xì)菌共同完成的,這與僅由細(xì)菌進(jìn)行的硝化、反硝化等微生物過程不同,為此本文的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn):以200ng/gNOR為例,QNs對(duì)分別以NO2-為電子受體的nitrite?DAMO和以NO3-為電子受體的nitrate?DAMO的影響,結(jié)果表明:在無抗生素干擾時(shí),nitrite?DAMO和nitrate?DAMO的反應(yīng)速率潛勢(shì)分別為4.08和1.30nmol/(g·d);在抗生素的干擾下,nitrite?DAMO和nitrate?DAMO的反應(yīng)速率潛勢(shì)分別為2.74和7.18nmol/(g·d).200ng/g的NOR抑制了nitrite? DAMO,反應(yīng)速率潛勢(shì)減少了32.84%,但更大程度的促進(jìn)了nitrate?DAMO,反應(yīng)速率潛勢(shì)增加了452.31%(圖4和圖5),所以總體表現(xiàn)為對(duì)NO2-和NO3-共同驅(qū)動(dòng)的DAMO過程的促進(jìn)作用.

QNs對(duì)nitrate?DAMO的促進(jìn)作用可能是一種興奮效應(yīng).美國毒理學(xué)家Calabrese認(rèn)為很多化合物在低劑量下將呈現(xiàn)出刺激作用,又稱之為興奮效應(yīng)(Hormesis).研究表明,現(xiàn)階段使用的大多抗生素都表現(xiàn)出Hormesis效應(yīng)的雙相劑量反應(yīng),即低劑量的促進(jìn)和高劑量抑制作用.過度補(bǔ)償理論認(rèn)為生物體受到刺激,在最初的抑制反應(yīng)之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)補(bǔ)償行為,這個(gè)補(bǔ)償行為會(huì)逐漸超過控制行為,從而導(dǎo)致一個(gè)凈刺激效應(yīng),產(chǎn)生促進(jìn)作用[14].石磊在研究3種喹諾酮類抗生素對(duì)非細(xì)菌細(xì)胞蛋白核小球藻的毒性興奮效應(yīng)時(shí),將低濃度組的QNs范圍設(shè)置為 10-3～10-1mg/L,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示低濃度組的3種QNs均對(duì)蛋白核小球藻的生長起促進(jìn)作用,高濃度組的QNs則顯著抑制小球藻的生長[15].本文在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的QNs濃度符合低濃度組的條件,因此我們認(rèn)為QNs對(duì)nitrate?DAMO的促進(jìn)作用可能是一種過度補(bǔ)償機(jī)制下的興奮效應(yīng),另一個(gè)可能的原因是QNs可能抑制nitrate?DAMO古菌的底物競(jìng)爭(zhēng)者.以往的研究表明,QNs能顯著抑制某些細(xì)菌,諸如反硝化細(xì)菌、厭氧氨氧化細(xì)菌等.反硝化作用、厭氧氨氧化作用的第一步是將NO3-還原為NO2-,QNs可能會(huì)通過抑制反硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化細(xì)菌將NO3-還原為NO2-,來減少它們與nitrate?DAMO古菌對(duì)NO3-的競(jìng)爭(zhēng),從而使nitrate?DAMO在底物競(jìng)爭(zhēng)中更有優(yōu)勢(shì).

圖4 NOR對(duì)以NO2-為電子受體的DAMO的影響

以往的研究表明,濕地中的抗生素可影響微生物的生物量、活性和群落結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步影響濕地的生態(tài)環(huán)境功能[16].然而從本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,以O(shè)FL、NOR和FLU為代表的QNs在短期內(nèi)對(duì)于濕地的DAMO過程均產(chǎn)生了明顯的促進(jìn)作用,并且促進(jìn)作用隨著抗生素濃度的增加而增加.需要說明的是,僅以本文的研究結(jié)果還不能得出QNs等抗生素進(jìn)入濕地會(huì)促進(jìn)濕地DAMO過程進(jìn)而有利于濕地的甲烷減排和脫氮的論斷.因?yàn)闈竦刂械募淄榕欧攀墚a(chǎn)甲烷作用、包括DAMO在內(nèi)的甲烷厭氧氧化(還包括硫酸鹽、鐵錳、有機(jī)質(zhì)等驅(qū)動(dòng)的甲烷厭氧氧化[17])以及甲烷好氧氧化的共同控制,濕地中的脫氮也受到硝化、反硝化、厭氧氨氧化等多種微生物過程的協(xié)同控制;此外QNs對(duì)濕地DAMO過程的長期影響還尚無定論,可見欲揭示濕地抗生素對(duì)微生物DAMO過程及其調(diào)節(jié)甲烷排放和脫氮的影響,進(jìn)一步開展長期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等深入研究仍然十分必要.

圖5 NOR對(duì)以NO3-為電子受體的DAMO的影響

3 結(jié)論

3.1 不同種類的QNs對(duì)白洋淀濕地微生物DAMO反應(yīng)速率潛勢(shì)有明顯的促進(jìn)作用,促進(jìn)效果表現(xiàn)為OFL>NOR>FLU.

3.2 除濃度較低的2ng/g的OFL對(duì)DAMO過程的影響基本可以忽略外,20～2000ng/g的OFL均呈現(xiàn)出對(duì)白洋淀濕地DAMO的促進(jìn)作用,且OFL對(duì)DAMO過程的促進(jìn)作用總體上呈現(xiàn)劑量效應(yīng).

3.3 以NOR為代表的QNs抑制了細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的nitrite-DAMO,但更大程度的促進(jìn)了古菌驅(qū)動(dòng)的nitrate-DAMO,最終表現(xiàn)對(duì)NO3-和NO2-共同驅(qū)動(dòng)的DAMO過程的促進(jìn)作用.

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Effects of typical antibiotics on denitrifying anaerobic methane oxidation in the wetland.

YANG Yu-qi1,2,3, ZHAO Yue-wen1,3,4*, ZHANG Qiu-lan2, LIU Chang-li1,3, WEN Meng-tuo2,3

(1.Fujian Provincial Key Laboratory of Water Cycling and Eco-Geological Processes, Xiamen 361021, China；2.School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences, Beijing 100083, China；3.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Shijiazhuang 050061, China；4.State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China)., 2023,43(2)：631～637

The Baiyangdian wetland, with a high methane emission flux and heavily contaminated with quinolone antibiotics (QNs), was selected as the study area.The short-term effects of typical QNs including Ofloxacin (OFL), Norfloxacin (NOR), and Flumequine (FLU) on denitrifying anaerobic methane oxidation (DAMO) processes in Baiyangdian wetland was investigated by conducting13C-labeled microcosm experiments. The results showed that: All three QNs promoted the microbial DAMO process, and the promotion effect on DAMO was OFL > NOR > FLU; Except for 2ng/g OFL, which had a negligible effect on the DAMO reaction rate, additional concentrations (20, 200, 2000ng/g) all promoted the DAMO processes in Baiyangdian wetlands, and the promotion showed a dose effect in general; Further analysis of the effects of QNs on the nitrite-DAMO driven by NO2-and the nitrite-DAMO driven by NO3-respectively, it could be found that 200ng/g NOR inhibited the bacterial-driven DAMO process with NO2-as electron acceptor (nitrite-DAMO), but promoted to a greater extent the archaea-driven DAMO process with NO3-as electron acceptor (nitrate-DAMO), ultimately showing a facilitation effect of QNs on the overall DAMO process driven by both NO3-and NO2-.

Baiyangdian wetland；quinolone antibiotics；methane；denitrifying anaerobic methane oxidation；13C-labeled microcosm experiment

X172

A

1000-6923(2023)02-0631-07

楊玉琦(1997-),女,安徽蚌埠人,中國地質(zhì)大學(xué)(北京)碩士研究生,主要研究方向?yàn)樗h(huán)境與生態(tài)水利.

2022-06-21

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(C2020504001);廈門市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(3502Z20227158);中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(SK202108)

* 責(zé)任作者, 助理研究員, zhaoyuewen_shs@163.com