水环境中抗生素抗性基因的分布·转移与去除研究进展

抗生素抗性基因具有可复制、可传播并能稳定表达的特点,其在不同的水环境中广泛分布,对生态环境及人体健康具有潜在风险.对水体环境中ARGs的分布、转移与去除情况进行了综述.在此基础上,从ARGs的转移机制和去除工艺的改良方面进行了展望.     

重金属协同选择环境细菌抗生素抗性及其机制研究进展

抗生素的长期滥用,引起环境细菌耐药性不断增强,加速了抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在环境中的传播扩散。在重金属污染的环境中,细菌不仅具备重金属抗性,并且具备多种抗生素抗性,抗生素抗性基因的污染水平也随之升高。在介绍重金属与抗生素抗性最新研究进展的基础上,阐述了环境细菌的抗生素抗性、重金属抗性及其相关抗性机制,并着重论述重金属和抗生素协同选择环境细菌耐药性及其机制。     

畜禽粪便中抗生素抗性基因(ARGs)污染问题及环境调控

抗生素在畜禽养殖业的大量使用造成抗生素抗性基因(ARGs)污染日益严重。动物体内诱导出的抗性菌株随粪便排出后,通过基因水平转移进入土壤进而污染土壤和地下水环境。堆肥作为一种将粪便资源化的优良传统方法,能否有效去除畜禽粪便中的ARGs而防止环境污染值得探讨。通过总结畜禽粪便ARGs污染现状,粪便堆肥过程中微生物群落结构变化与影响微生物变化的因素以及堆肥可能对粪便中ARGs造成的影响,提出将堆肥作为去除畜禽粪便中ARGs的一种有效手段,利用堆肥产生的高温去除抗性菌株和抗性质粒等,并且考虑加入能直接灭杀肠道微生物的化学抑制剂(如石灰氮、胺类、吲哚等),实现降低畜禽粪便ARGs丰度的可能。据此强调开展畜禽粪便中ARGs研究的必要性,认为将堆肥和ARGs研究结合起来,可以有效地降低这种新型污染物的污染水平。     

天津市畜禽粪污处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果

为了探明养殖场粪污处理工艺对抗生素抗性基因(ARGs)的去除效果,选取天津市不同畜种且具有典型处理工艺的养殖场为研究对象,运用实时荧光定量PCR技术,对养殖场粪便和污水样品中5类13种ARGs和int I1进行检测。结果表明:目标ARGs和int I1在畜禽粪便和污水中普遍存在(10~(-7)～10~(-1)),猪、鸡和牛3种养殖场粪便中喹诺酮类ARGs的相对丰度最低(10~(-7)～10~(-5)),四环素类和磺胺类ARGs的相对丰度较高,分别为10~(-4)～10~(-1)和10~(-4)～10~(-2),猪场污水中13种ARGs和int I1的相对丰度(10~(-3)～10~(-2))普遍高于牛场(10~(-6)～10~(-4))。对于畜禽污水,猪场和牛场的处理工艺可以去除大部分ARGs,尤其是四环素类ARGs,相对丰度(lg值)下降了0～2.09,此外,猪场污水处理工艺中厌氧发酵单元和贮存池单元对ARGs的去除效果较好,牛场污水处理工艺中调节池单元对ARGs的去除效果较好;对于畜禽粪便,异位发酵床、堆肥和无菌晾晒处理均能去除大部分目标ARGs。猪粪在异位发酵床处理后,10种ARGs的相对丰度下降,其lg值平均降低了1.11;牛粪和鸡粪在堆肥后,分别有8种和9种ARGs的相对丰度下降,其lg值平均降低了0.83和1.32;牛粪在灭菌晾晒处理后,5种ARGs的相对丰度下降,其lg值平均降低了1.12。磺胺类ARGs在以上处理工艺中呈现升高趋势,因此,应该对磺胺类ARGs引起的污染予以重视。     

屠宰废水中抗生素抗性基因在废水处理各工艺中去除与累积效果的研究

为探讨屠宰废水中抗生素抗性基因去除最佳处理工艺,采用荧光定量(PCR)技术检测屠宰废水处理工程各个环节中sul1、sul2、tet A、tet B和tet C等5种抗生素抗性基因绝对含量和相对丰度。结果表明,厌氧处理工艺和氧化塘工艺可以通过减少微生物生物量降低抗生素抗性基因的绝对含量,但也可以导致部分抗生素抗性基因相对丰度上升,而表面流人工湿地对于屠宰废水中抗生素抗性基因有有效的处理效果。     

环境中抗生素抗性基因的来源、分布及控制对策

近年来,抗生素的滥用导致抗生素抗性污染问题的加重,抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在全球范围内的传播已成为国际关注的热点。环境中ARGs的来源分为内在抗性和外源输入两种,即自然环境原本存在的抗性基因和通过人为因素排入环境的抗性基因。目前ARGs已经在土壤、水体和空气等多种环境介质中被检测出来,其污染水平已经远远超出了人们的想象。本文结合大量文献针对ARGs的来源、分布进行综述,并提出相应的控制对策。     

牡蛎中细菌及其抗性基因多样性分析

牡蛎作为一种滤食性双壳类海洋生物,受生活习性影响,容易富集微生物。本研究以中国四个沿海地区所产牡蛎为研究对象,分析了不同样品中微生物多样性以及肠道、腮和肌肉三种组织器官中抗生素及重金属抗性基因分布情况及分布规律,最后采用相关性分析比较了抗性基因之间的相关性。结果表明：(1)微生物含量占比前5位的细菌分别为：多形拟杆菌、芽孢杆菌、假单胞菌、河流弧菌及嗜盐杆菌斯氏弓形菌,包含了两类腐败菌属和一类致病菌属;(2)从抗性基因种类来看：氨基糖苷类ARGs检出率最高(84.1%),β-内酰胺类ARGs和喹诺酮类ARGs检出率最低(57.1%);以牡蛎不同组织器官分析抗性基因：肌肉中检出率(65.6%)＞腮中检出率(59.1%)＞肠道中检出率(58.4%);以不同样品来源分析抗性基因检出率：GXBH样品整体检出率最高(72.7%),SDWH1整体检出率最低(54.5%),不同来源样品在抗性基因种类及丰度上各样品差异不显著,在进行PCA分析后发现同一样品可以进行明显的归一化分类,说明同一样品不同组织器官中抗性基因关联性较大;(3)从不同抗性基因ARGs和HTGs的相关性分析来看,CARB和qnrS相关性最高,ChrR则与sulA和mecA有较大相关性,CopA与各大类ARGs都有一定相关性,说明不同类型抗性基因有存在共用一个基因盒的可能性,从对不同来源样品的相关性分析来看,基本遵循了以不同产地样品进行归一化的分类,说明养殖环境可以对牡蛎中抗性基因的分布产生影响。通过以上研究,分析了牡蛎中微生物优势菌群,初步比较了抗性基因与品种、产地、各组织器官之间的相关性,为进一步研究抗性产生机制打下了基础。     

石家庄汪洋沟地区抗生素、抗性细菌和抗性基因污染特征

以石家庄汪洋沟地区为研究对象,采用高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)、平板计数、实时荧光定量(qPCR)法分别对地表水、地下水及沉积物样品中的抗生素、抗性细菌和抗性基因进行定量分析。结果表明,汪洋沟地区四环素类抗生素总体含量高于磺胺类抗生素,水体中ρ(∑四环素)为5.81×101~3.87×105ng·L-1,ρ(∑磺胺)为1.02×101~5.37×103ng·L-1;沉积物中w(∑四环素)为4.28×101~1.63×105ng·g-1,w(∑磺胺)为1.18×101~1.68×104ng·g-1;水体中四环素的抗性细菌数量为4.00×101~2.13×104CFU·mL-1,磺胺抗性细菌数量为6.67×101~7.34×105CFU·mL-1;水体中抗性细菌含量比沉积物中低3~4个数量级。样品中检出的5种四环素类抗性基因(tetA、tetB、tetE、tetW和tetZ)、2种磺胺类抗性基因(sul1,sul2)及2种整合子基因(int1,int2)的相对表达量较高,其中tetA及sul1为汪洋沟地区的优势抗性基因,相对表达量均高于1.58×10-2。主成分分析结果表明ARGs的含量分布受不同污染源和复杂的水质特征的影响。从tet(B)基因的系统发育分析结果可以看出,水质的变化会导致抗性菌种存在差异。与国内外河流相比,汪洋沟抗生素含量处于较高污染水平,抗性基因污染也较为严重。     

农业环境领域抗生素抗性基因的文献计量研究

为深入了解农业环境领域抗生素抗性基因(ARGs)研究的整体状况和前沿动态,以科学引文索引(science citation index expanded,简称SCI-E)的在线数据库为基础,对1995—2016年期间全球范围内相关的文献报道开展了计量学分析,全面评价了研究内容、研究热点及发展趋势。自2009年开始,农业环境领域中ARGs相关的文献报道迅速增加,研究范围包括污染调研、安全评价、消减机制与扩散等方面。对作者关键词(author keywords)、附加关键词(keywords plus)、题目(title)及摘要(abstract)综合分析的结果表明,当前研究的热点抗生素类型包括四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类,它们在未来依然是持续被关注的对象。ARGs相关的热门研究基质包括废水、土壤、地表水、粪便、饮用水等,且我国是相关论文研究最多的区域。根据文献计量分析的结果,ARGs污染引起的微生物群落改变、PCR技术、重金属协同选择抗性、风险评估等是农业环境领域ARGs研究的热门话题。     

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染与扩散研究进展

兽用抗生素的长期使用导致畜禽养殖环境中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染日益严重,其在环境中的风险与危害也逐渐引起人们的重视。本文针对畜禽养殖环境中ARGs的污染与扩散情况进行综述,分析了不同畜种、不同国家（地区）间粪便中ARGs的浓度水平差异,并阐述了ARGs在粪便堆肥过程中的变化,以及在不同废水处理工艺中的消长情况。此外,还特别讨论了ARGs通过粪肥施用和气流作用等途径向周围土壤和大气等环境的输入,及其对周围环境介质中天然耐药水平的影响。最后,结合畜禽粪污ARGs的污染现状对今后减少养殖场ARGs排放和扩散的措施进行了总结与展望。     

生猪废水处理和磷回收工艺中抗生素和耐药细菌的削减特征

调查生猪废水处理和磷回收工艺中,厌氧消化、氧化池、磷回收流化床和潜流人工湿地对水质参数、抗生素、耐药细菌和病原菌丰度削减的贡献。结果表明,在水质指标方面,厌氧消化对COD的去除率最大,为40.28%;人工湿地对TP和NH_4~+-N的去除率最大,分别达到53.33%和67.74%;流化床对TP的去除率为49.94%。在抗生素吸附和降解方面,厌氧消化、流化床和人工湿地对土霉素(OTC)和环丙沙星(CIP)具有较大幅度的去除,去除率范围分别为32.27%～63.77%和40.44%～44.11%;厌氧消化、氧化池和人工湿地对磺胺二甲嘧啶(SM2)具有中等幅度的去除,去除率范围为18.10%～28.52%。在耐药细菌方面,厌氧消化作为一级处理工艺对各类型耐药细菌均具有最大去除率(50%);同样作为三级处理工艺,人工湿地能进一步削减耐药细菌的数量,而流化床出水中以奇异变形杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和宋内氏志贺氏菌为主的耐药细菌数量出现反弹。微生物群落分析发现,人工湿地在降低病原细菌丰度方面优势显著。研究表明,设置潜流人工湿地承接流化床出水可进一步深化处理生猪废水。     

养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

洪泽湖沉积物中四环素土霉素及相关抗性基因的分布特征及潜在风险分析

为了探讨洪泽湖沉积物中四环素、土霉素及其抗性基因的含量、分布及潜在风险,采集洪泽湖湖区42个沉积物样品,利用HPLC-MS测定了样本中常见的两种四环素类抗生素(四环素、土霉素)含量,并采用q PCR分析了样品中3种四环素抗性基因(tet A、tet C、tet M)的含量。结果显示,四环素类抗生素检出率为100%,含量范围为1.35~25.43μg·kg~(-1)。所有样品中tet A、tet C基因均有检出,且tet C基因含量最高,平均含量为9.77×106copies·g-1,只在部分样品中检测出tet M。相关结果分析表明,沉积物中的四环素类抗性基因含量与四环素类抗生素含量及有机碳的乘积呈较为明显的正相关关系(R2=0.669 4,n=42),这也表明在洪泽湖水域中,四环素类抗生素抗性基因的含量水平可能不仅与环境中的抗生素暴露水平相关,同时也有可能与有机质含量等环境因素相关。     

泰乐菌素的超声波降解效果及机制

为研究超声波对水体中大环内酯类抗生素的去除效果,以典型的专用兽药抗生素泰乐菌素(TYL)为研究对象,考察初始浓度、溶液pH值、超声波功率、超声波处理时间对超声波降解效果的影响。在此基础上进一步考察H_2O_2和蒙脱石分别与超声波联合降解TYL的效果,并对TYL的超声波降解机制进行了探讨。结果表明:超声波对TYL有一定的降解效果,在初始浓度10 mg·L~(-1)、pH值11、超声波功率280 W、超声波处理时间90 min的条件下,TYL的降解率为72%。自由基清除剂正丁醇的添加显著抑制了TYL的降解,而且不同超声波功率、超声波处理时间和不同初始浓度及pH值条件下羟基自由基的浓度变化与TYL降解率呈正相关,表明TYL超声波的降解机制可能主要是羟基自由基的氧化。溶液中添加H_2O_2或蒙脱石均对TYL超声波降解产生协同作用,TYL的去除率可分别提高至80.9%和93.9%。H_2O_2可直接氧化TYL、促进·OH生成;蒙脱石的吸附性能及其中少量的铁均可影响溶液中·OH含量。H_2O_2或蒙脱石联合超声波降解TYL的降解效果和降解机制与添加物质的性质密切相关,不能简单归因于羟基自由基的氧化。研究表明,合适的超声波处理方法对大环内酯类抗生素有很好的去除效果,可以考虑将超声波法用于含抗生素废水处理的工艺中。     

分散式农村生活污水净化槽处理模拟污水的研究

本文构建了一种分散式农村生活污水净化槽,研究了净化槽在不同水力停留时间、进水水质、填料等运行条件下对模拟污水中化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总磷(TP)3项指标的去除效果。结果表明净化槽对模拟污水的处理效果较好,具有一定的可行性和实用价值。对COD的去除效果最好,出水COD达到山东省《农村生活污水处理处置设施水污染物排放标准》二级标准。在5种填料中,腐殖土对磷的吸附效果最好,陶粒次之。     

Fenton法对沼液中三种四环素类和三种磺胺类抗生素氧化去除的研究

近年来各类抗生素广泛地用于畜禽养殖,经动物代谢后随粪便和尿液排出体外。代谢物通过沼气工程处理后,得到的沼液又多用于灌溉,使得抗生素进入环境被农作物吸收,通过食物链的传递对人体产生危害。因而沼液中抗生素的去除尤为重要。采用Fenton氧化技术去除沼液中的三种四环素类和三种磺胺类抗生素,通过设置单因素实验考察了pH值、H_2O_2浓度、摩尔比n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))对抗生素去除的影响。结果表明,最佳反应条件为pH=4,H_2O_2浓度为0.4 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10∶1,在此条件下,四环素、土霉素、金霉素去除率分别为91.83%、92.38%、80.52%,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶去除率分别为93.60%、91.97%、91.60%。同时TN、TP、TK的保留率分别为96.0%、97.7%、97.2%。可见,Fenton氧化法对沼液中抗生素的去除有良好的效果,同时又保证其养分的保留,为沼液中抗生素的去除提供了一条可能的途径。     

不同施肥模式对洱海流域稻田土壤中耐药基因污染的影响

为探究不同施肥模式对洱海流域稻田土壤抗生素耐药基因（ARGs）和可移动遗传元件（MGEs）的影响,通过长期田间定位试验,采用高通量荧光定量PCR技术及实时荧光定量PCR技术相结合的方法,对不同施肥模式下稻田土壤中的144种ARGs和10种MGEs进行检测,全面解析了稻田ARGs的污染状况及空间分布规律。结果表明：不同施肥处理土壤中ARGs分布特征不同,其赋存绝对丰度水平整体呈现施用粪肥 > 施用缓控释肥 > 施用化肥 > 不施肥;施加粪肥土壤中的ARGs的赋存多样性和MGEs的种类显著高于其他处理土壤,不施肥模式则显著低于其他处理模式（P<0.05）。不同ARGs的相对丰度在稻田土壤柱中出现垂直迁移富集趋势,但其在不同土层中的富集程度存在差异。不同施肥模式稻田土壤各土层中的优势ARGs为多重耐药类（占比均值为60.3%）、氨基糖苷类（占比均值为10.5%）和四环素类（占比均值为7.5%）,其水平多与MGEs丰度显著相关（P<0.05）,表明MGEs促进了稻田土壤中ARGs的传播,加剧了土壤中ARGs的积累富集。研究表明,不同施肥模式对稻田土壤中ARGs和MGEs的分布规律有显著影响,不同深度土层中ARGs的富集程度各异。     

宁波地区4种典型农村生活污水处理工艺污染物去除率比较分析

选择宁波地区的A/O一体化、生物滤池、生物转盘和人工湿地等4种典型农村生活污水处理工艺为研究对象,于2013年1月-2015年12月期间开展各工艺终端处理设施的进出水水质跟踪监测,进行各处理工艺的污染物去除率和稳定性比较分析。结果表明,4种处理工艺的COD、BOD₅、SS多年平均去除率大小顺序均为A/O一体化 > 生物滤池 > 生物转盘 > 人工湿地,TN多年平均去除率大小顺序为生物滤池 > 生物转盘 > A/O一体化 > 人工湿地,其中A/O一体化、生物滤池和生物转盘工艺的COD、BOD₅、TN 平均去除率均显著高于人工湿地工艺;A/O一体化、生物滤池和生物转盘工艺随着终端处理设施运行年限的延长,COD、BOD₅、SS、TN去除率均保持稳定,而人工湿地工艺的COD、BOD₅、TN去除率均呈现明显的下降趋势;各处理工艺在低温期（11月-次年4月）和高温期（5月-10月）的SS去除率差异不明显,但各处理工艺的COD、BOD₅、TN去除率在低温期明显低于高温期,其中A/O一体化工艺差异相对较小,生物滤池工艺差异最大。     

4种水生植物对兽用抗生素去除效果比较

【目的】降低生活污水和畜禽养殖废水中兽药抗生素残留污染,为植物修复和人工湿地筛选较优去除兽用抗生素植物。【方法】选择4种常见水生植物(皇竹草Pennisetum hydridum、风车草Cyperus alternifolius、美人蕉Canna indica和梭鱼草Pontderia cordata)和3种常用兽药抗生素(阿莫西林、氟苯尼考和盐酸多西环素)构建水培试验体系,研究不同水生植物对水体环境中抗生素耐受性及去除效果。【结果】水培14 d后,4种供试植物对水体环境中的3种抗生素都有一定的去除能力,并且表现出抗生素低、中质量浓度(0～100μg/L)对植株株高和叶绿素含量具有促进作用,均高于对照;高质量浓度(大于100μg/L)则抑制生长,植株株高和叶绿素含量显著小于对照处理。100μg/L抗生素胁迫14 d后,各植株的去除效率最高,其中,对阿莫西林、氟苯尼考和盐酸多西环素去除效率最好的供试植物种类分别为皇竹草、美人蕉和美人蕉,去除效率分别为55.0%、56.2%和48.3%。【结论】在去除水体环境中的兽用抗生素时,本研究中4类植物对抗生素去除效率为美人蕉皇竹草梭鱼草、风车草。