环境中抗生素抗性菌及抗性基因的研究进展

抗生素抗性菌及其抗性基因已成为公认的环境污染因素之一,威胁着人类健康和生态系统稳定.抗生素在临床和养殖业中的不合理使用,导致其在生态环境中残留,使得携带抗生素抗性基因的微生物获得了竞争优势,而抗性基因亦可在细菌之间发生转移,从而加速传播.该文对近年来国内外抗生素抗性菌及抗性基因的来源、危害性、抗性基因转移机制及细菌耐药性机制的研究进展进行了综述,分析了残留在环境中的抗生素抗性基因的污染现状和生态风险,以期为今后的相关研究提供参考.     

湛江湾抗生素抗性基因的时空分布及其影响因素

为探究湛江湾抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene, ARGs)的时空分布特征及环境因子对其分布的潜在影响,采用实时荧光定量PCR(qPCR)技术,研究了湛江湾表层沉积物中磺胺类、四环素类和氟喹诺酮类ARGs(sul1、tetQ和qnrS),整合子基因(intI1),以及16S rRNA基因4个季节的丰度变化。结果表明：湛江湾表层沉积物中,ARGs各基因的平均绝对丰度均呈现冬季最高、夏季最低,而其平均相对丰度均呈现夏季最高,说明ARGs存在明显的季节性分布特征;从站位分布来看,3种ARGs的平均绝对丰度均呈现出Z21>Z04>Z06,而平均相对丰度均表现为Z06>Z21>Z04,说明ARGs的分布存在明显的空间分布特征;斯皮尔曼(Spearman)相关性分析显示,ARGs基因之间,以及ARGs、intI1分别与16S rRNA基因绝对丰度之间均呈显著正相关(P<0.05),intI1与sul1相对丰度之间呈显著正相关(P<0.05),ARGs的绝对和相对丰度分别与四环素类和氟喹诺酮类抗生素及Mn、Cu等重金属存在一定程度...     

嘉兴市农田土壤中抗生素抗性基因的分布特征

为了了解嘉兴市农田土壤中抗生素抗性基因分布现状,采用PCR技术对嘉兴市农田土壤中12种抗生素抗性基因进行了检测。结果表明,嘉兴市农田土壤样品中erm B、erm C、erm F、erm A、tet B、tet C、tet M、tet O、tet Q、tet W、sul1和sul2基因的检出率分别为65.63%、71.88%、100%、53.13%、46.88%、84.38%、90.63%、87.50%、84.38%、71.88%、93.75%和100%。检测结果可以为嘉兴市从抗生素抗性基因角度评估农艺措施提供指导依据,为嘉兴市掌握污染动态变化情况控制抗生素抗性基因传播提供基础理论数据。     

东洞庭湖沉积物重金属污染及生态-健康风险

沉积物是水体中重金属污染的源和汇,为探究东洞庭湖最新的沉积物重金属污染状况、生态风险及健康风险,采集东洞庭湖湿地保护核心区、城陵矶港口区、航道区、城镇居民区、旅游区、农场和芦苇场7个功能区63个表层沉积物样品,测定As等10种重金属的含量,并采用地累积指数法、富集因子法和Hakanson潜在生态风险指数法以及美国EPA健康风险评价法对其污染程度和人体暴露风险进行评估。结果表明,As、Cd、Cr、Co、Cu、Mn、Ni、Pb、Sr和Zn的平均含量分别为14.53、6.49、70.39、19.66、27.91、933.26、42.36、41.48、93.83 mg·kg^-1和164.91 mg·kg^-1。地累积指数评价结果显示,Cd处于偏重度污染程度等级（I_geo=3.39）,其余均为轻度污染（0<I_geo<1）;富集因子法评价结果表明,Cd为中度富集（EF=2.78）,其余重金属均为轻度富集（EF<1）;潜在生态风险指数法评价结果显示,Cd的风险程度为极高风险（Eⁱ_r=662.13）,其余重金属均为低风险（Eⁱ_r<10）;从不同功能区来看,重金属潜在生态风险由高到低排序为：湿地保护核心区>芦苇场>航道区>旅游区>农场>城镇居民区>城陵矶港口区,表明重金属更易于在植物根际土壤中沉积与滞留。健康风险评价结果表明,表层沉积物对成人的非致癌指数均在可接受范围内（HI<1）,而As、Cd、Pb对儿童造成的非致癌风险在沿东洞庭湖东岸的航道区超过了可接受水平。综合来看,与已报道的国内其他浅水湖泊相比,东洞庭湖表层沉积物的重金属污染处于较高污染水平。     

大黄鱼养殖海域沉积物中抗生素抗性基因分布特征及其影响因素

为揭示大黄鱼养殖海域沉积物中抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）的赋存特征及其影响因素,本研究通过野外调查采集了6个站点的大黄鱼养殖海域沉积物样品,利用宏基因组测序分析技术解析沉积物中ARGs的分布特征,同时运用化学分析技术和高通量测序技术对沉积物中的环境因子以及微生物群落结构进行分析,以进一步对ARGs与环境因子以及微生物群落结构的相关性进行研究。结果显示：大黄鱼养殖海域沉积物中共检出781个ARGs亚型,分属于38种抗生素抗性类型;不同站点的优势ARGs抗生素抗性类型基本一致,主要为四环素类、大环内酯类和氟喹诺酮类,引起细菌耐药性的主要机制为外排泵。进一步相关性分析结果显示,除PNGM-1与电导率和TN呈显著正相关（P<0.05）外,其余丰度前20的ARGs均与环境因子相关性不显著（P>0.05）;而丰度前20的ARGs均与丰度前20的菌属呈显著或极显著相关关系（P<0.05或P<0.01）。研究表明,大黄鱼养殖海域沉积物中含有丰富的ARGs,微生物群落是影响沉积物中ARGs分布的重要因素。     

黑土地抗生素抗性基因污染风险及对策

保护和修复黑土地不仅要保护黑土层,更要防控土壤污染。抗生素抗性基因污染因具有隐秘性而不易被察觉,对其污染风险,尤要加强事前防控。综述土壤抗生素抗性基因污染的来源和危害,及黑土地土壤面临的抗生素抗性基因污染风险,并从制定排放标准、加强监管等方面提出防范黑土地抗生素抗性基因污染的对策建议。     

华北地区不同规模畜禽养殖场粪便中抗生素抗性基因污染特征

为调查华北地区畜禽养殖环境抗生素抗性基因（ARGs）污染特征及影响因素,采集河北省和天津市不同规模的养猪场和养鸡场新鲜粪便样品,分析粪便中ARGs污染水平及有机质与ARGs含量的相关性。实时荧光定量PCR结果显示,不同种类畜禽养殖场粪便ARGs的相对丰度有显著区别,鸡粪中sul和erm基因的相对丰度高于猪粪,而编码核糖体保护蛋白的tet基因（4.24×10^-3~5.85×10^-1）在猪粪和鸡粪中的相对丰度无明显差异,均显著高于sul（1.07×10^-4~2.26×10^-1）、erm（6.36×10^-4~2.62×10^-1）以及编码外派泵蛋白和酶抑制剂的tet基因（1.24×10^-4~5.41×10^-2）。不同规模的养猪场粪便ARGs污染水平趋势为：中型 > 大型 > 小型,而不同规模养鸡场粪便中ARGs相对丰度无显著性差异（P=0.551）;此外,正交偏最小二乘判别（OPLS-DA）与典型相关分析（CCA）结果显示,畜禽粪便中编码核糖体保护蛋白的tet基因（tetM、tetO和tetW）相对丰度与有机碳（OC）和有机氮（ON）含量高度相关（VIP> 1）,sul基因则与OC/ON明显相关。综上,粪便中有机质和生物可利用碳氮比是影响畜禽养殖业ARGs污染水平的重要因素。     

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。     

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。     

嘉兴市抗生素抗性基因的污染现状调查

采用PCR技术对嘉兴市地表水和农田土壤中sul1、sul2、tetA、tetB和tetC等5种基因分布现状进行了调查。结果表明20个地表水水样中sul1、sul2、tetA、tetB和tetC基因的检出率分别为65.0%、95.0%、80.0%、40.0%、90.0%,9个农田土壤样品中sul1、sul2、tetA、tetB和tetC基因的检出率分别为55.6%,100.0%,55.6%,44.4%,88.9%。检测结果说明嘉兴市已经广泛受到抗生素抗性基因污染,为嘉兴市水污染治理提出了更高的要求。     

洞庭湖流域湿地生态修复技术与模式

洞庭湖流域包含众多河流、沼泽、湖泊以及人工湿地生态系统,在涵养水源、调蓄洪水、生物多样性保育等方面具有巨大的生态服务价值。然而,由于长期以来的人为干扰,洞庭湖流域湿地退化严重,针对洞庭湖流域不同类型湿地开展生态修复已成为当前国家生态文明建设和长江经济带建设的重大需求。本文从洞庭湖流域的湿地概况、退化现状和原因出发,总结了洞庭湖流域湿地生态修复的关键技术,包括水环境修复技术、水文修复技术、生境修复技术、生物修复技术和土壤修复技术;提出了洞庭湖流域湿地生态修复的一般修复模式,即环境评价——目标制定——规划编制——修复实施——管理维护——反馈调节,最终形成持续稳定、健康的湿地生态系统。最后,通过洞庭湖流域四种典型湿地类型(湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地和人工湿地)的生态修复案例分析,提出了对应的生态修复模式。未来应从不同类型湿地的退化过程及机理、流域尺度下的湿地生态修复、小微湿地建设、生态修复后的生态监测与适应性管理等方面加强研究。     

东洞庭湖区水陆交错带的复杂性分析及防洪对策

水陆交错带是指内陆水生生态系统与陆地生态系统之间的功能界面区。从结构、功能和性态的角度,分析了东洞庭湖区水陆交错带的复杂性及其与洪涝灾害的关系,提出了提高界面的系统稳定性、促使界面的湿地类型有序演化和强化界面的防洪功能等防洪对策。     

东洞庭湖湖滨带土壤重金属健康风险评价

以东洞庭湖湖滨带为研究区域,系统调查分析其土壤中的重金属污染状况,并进行致癌风险评价和非致癌风险评价。东洞庭湖湖滨带土壤中的重金属As、Hg、Cd、Cu、Zn、Ni、Cr的平均含量分别为19.31、0.0113、0.989、50.29、125.7、43.9和93.36 mg/kg,已全部超过了洞庭湖背景值,其中As、Hg和Cd的最大含量分别已超过洞庭湖背景值的5倍、5倍和20倍之多,说明东洞庭湖湖滨带土壤已经受到一定程度的重金属污染。致癌风险评价结果表明,As为当地主要的致癌物,Cd属于安全的范围,叠加后的致癌总风险指数平均值成人的为1.6810-5,儿童的为1.0410-6,在鹿角港口区、岳阳市区和城陵矶港口区相对较高,是平均值的1.3至2.6倍。非致癌风险评价结果显示,Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni的非致癌风险指数均远小于1,不会对当地居民健康构成威胁。叠加后的非致癌总风险指数平均值成人的为1.7910-1,儿童的为1.0910-2,在漉湖芦苇场、团州农场、君山旅游区较高。     

洞庭湖生态经济区养猪业污染物排放时空格局分析

养殖污染时空格局研究对于有的放矢地开展污染综合治理与促进养殖业的可持续发展具有重要意义。以洞庭湖生态经济区湖南省部分为研究区域,利用2000-2014年农业统计数据,采用污染排放系数法和空间格局分析技术,系统分析区内养猪业主要污染物化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)排放的年际动态及其空间格局,探讨污染负荷形成的原因。结果表明,近15 a来洞庭湖地区养猪规模与污染排放量总体呈现先增后略减然后再持续增加的变化态势,2007年达到最高峰。研究区养猪业存栏规模从2000年的1 469.4万头上升到2014年的2 010.2万头,COD、TN和TP排放量分别由2000年的112.99、11.75与1.10万t/a增加到2014年的154.56、16.07与1.51万t/a。从空间格局来看,养猪污染负荷最大的县(市)主要为洞庭湖西部的常德市区、东南部的汨罗市和望城区,且高污染负荷区呈逐年扩大的态势。洞庭湖生态经济区养猪业的空间格局与当地人口密度、生产习惯、政策及市场导向密切相关。因此,从政策层面推进健康养殖和发展生态循环农业是洞庭湖生态经济区养猪污染防控的关键。     

东洞庭湖湿地土壤重金属污染特征及潜在生态风险评价

选择东洞庭湖3个典型洲滩(小西湖、六门闸和麻塘)进行土壤取样,分析其土壤重金属含量,并应用单项污染指数法、内梅罗综合污染指数法以及Hakanson潜在生态危害指数法对土壤中重金属污染特征和潜在生态危害进行了评价。结果表明,东洞庭三个洲滩区域(小西湖、六门闸和麻塘)土壤重金属Cd、Cr、Ni、Pb、Hg、As的含量分别为0.59-2.40 mg/kg,114.52-119.94 mg/kg,53.49-66.59 mg/kg,42.88-83.46 mg/kg,0.09-0.21 mg/kg and 11.65-24.04 mg/kg,麻塘洲滩中的6种土壤重金属指标均高于小西湖和六门闸两个洲滩,其中Cd问题突出,Cd含量是背景值的7倍,是小西湖和六门闸的3.8和4.1倍。单项污染分级评价表明,研究区重金属污染程度依次为CdNiHgAsPbCr,以麻塘最为严重,小西湖次之,六门闸基本不存在污染。潜在生态危害系数和污染分级评价表明,麻塘达到中度生态危害,小西湖和六门闸则为低度生态危害。因此,东洞庭湖洲滩湿地土壤,尤其是与湘江航道相连的地区,土壤重金属污染问题值得高度关注,需采取合理措施进行治理。     

堆肥过程中抗生素和耐药基因消减研究进展

堆肥是常用的有机固废处理技术,能够快速实现有机固废资源化利用,但传统工业化堆肥对于抗生素及其耐药基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）消减重视不足。事实上,近年来畜禽粪污等堆肥原料中抗生素及ARGs残留问题日益凸显,抗生素及ARGs消减已经成为堆肥过程中不容忽视的部分和亟待解决的问题。本文综述了近年来抗生素及ARGs在堆肥过程中消减的研究现状和一般特点,以及影响消减效果的理化和生物学因素、相关优化技术措施的效果和瓶颈等,以期为最大限度降低ARGs传播风险提供参考。     

洞庭湖流域综合管理现状与战略研究

流域综合管理是以维护健康的流域复合生态系统为目标,以水资源管理为核心,统筹社会、经济、环境和生产、生活、生态用水等各方面的关系,通过水土资源的规划、开发利用和保护,建立和完善防洪抗旱减灾体系、资源管理体系和生态环境保护体系,促进入水和谐,维持流域社会、经济和环境的可持续发展与公共福利的最大化。洞庭湖流域管理涉及多个政府部门,目前水资源主管部门与各涉水管理部门之间职责不清,各自为政,条块分割,协调机制缺乏,造成了事实上的“多龙管理”又“群龙无首”的局面;缺乏综合的流域综合管理性质的法律法规,且开发政策法规较多,生态补偿法规缺乏,法规协调性不够,法律的制定缺乏公平的利益协调机制。从传统的管理模式向流域综合管理转变,必须统筹实施综合措施,制定流域总体规划,建立一体化的流域决策机构、综合管理执行机构与各利益方对话机制;形成长效投入机制与利益补偿机制。     

四川省稻田土壤的抗生素抗性基因多样性研究

为了全面明晰四川省稻田土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性,及其与环境因子的相关性,对7个不同地区的稻田土壤采用高通量荧光定量PCR技术,对283种抗生素抗性基因和12种可移动遗传元件遗传标记引物进行检测,揭示抗性基因的污染状况及空间分布规律。结果表明,7个稻田土中共检出166种不同的抗生素抗性基因和9种可移动遗传元件,每个土壤分别检出56～84种抗生素抗性基因。7个稻田土的抗生素抗性基因组成各异,且都存在其独有的抗生素抗性基因。不同稻田土的抗生素抗性基因的相对和绝对丰度均不同,抗生素抗性基因的绝对丰度范围为9.55×10~8～2.83×10~(10)copies·g~(-1)(干质量),相对丰度为0.012±0.006 copies·cell~(-1)。7个稻田土的抗生素抗性基因和可移动遗传元件的丰度都呈极显著正相关(P0.01),说明抗生素抗性基因的水平转移可能促进抗生素抗性基因的迁移和富集,加剧了农田土壤的抗生素抗性基因污染。总体相对丰度较高的抗生素抗性基因类型为多重耐药类(49.26%)、大环内脂类-林可酰胺类-链阳性菌素B类(11.30%)和β-内酰胺类(10.87%)。冗余分析表明土壤肥力重要指标总氮与7个稻田土中的抗生素抗性基因多样性极显著相关(P0.01)。四川不同地区的稻田土抗生素抗性基因分布规律各异,农业耕种活动可能影响土壤抗生素抗性基因的多样性。     

基于3S技术的东洞庭湖湿地植被的分布与适应性分析

利用2010年环境一号卫星影像提取东洞庭湖湿地植被分布图,依据同时期的MODIS13数据合成增强植被指数（EVI）年最大值图与年平均值图,结合东洞庭湖高程,讨论东洞庭湖湿地植被及其生物量空间分布,并从水文因素及植被生长特性等方面分析其原因,推论出芦苇与湖草等植被的最适宜生长区域.结果说明,东洞庭湖植被及其生物量分布与高程及水环境有很大的相关性,在高程30 m以上且远离水域区域,主要生长着对水分要求不高的防护林;芦苇适合生长在27 m高程以上且靠近水域的区域,湖草适合生长在高程为23~27 m间的区域.