近岸海洋环境中典型抗生素抗性污染特征与传播规律

发布时间：2020-08-20 15:38

【摘要】：滥用抗生素的现象在全球各地已经普遍存在,细菌耐药性的不断加速出现与传播严重威胁到了全球公共健康与经济的发展,抗生素抗性污染的问题越来越受到国内外研究者们的强烈关注。抗生素与抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)在内陆水环境中已被广泛检出,且ARGs的相对丰度与对应抗生素残留浓度具有较强的相关性。而近岸海洋环境具有独特的理化性质,强烈的海陆交换,抗生素浓度也远低于内陆水环境。因此,此处ARGs的归趋可能与内陆水环境不同,非对应污染物(非抗生素)可能对ARGs的迁移有重要的影响。本研究选择莱州湾及大连近岸这两个典型近岸海洋环境为研究区域,调查了其水和沉积物样品中典型抗生素(磺胺及喹诺酮)的浓度,并对一类整合子基因intI1,磺胺类ARGs sul1和sul2,喹诺酮类ARGs qnrS和aac(6’)-Ib进行了定量检测,结合了重金属和有机污染物两类非对应污染物在该区域的分布特征,分析了它们与ARGs相对丰度之间的相关性,以揭示近岸海洋环境中抗生素抗性污染水平、分布及组成特征,探究对应与非对应污染物在ARGs的传播过程中的影响。在调查研究的基础上,通过实验室模拟的方式初步建立了ARGs水平转移实验模型,探讨综合环境因素在ARGs传播过程中的影响。通过检测结果发现,莱州湾及大连近岸海洋环境普遍存在抗生素抗性污染问题,磺胺类ARGs在两个近岸海洋区域已普遍检出。sul1和sul2检出率为100%,含量较高且从近岸向海洋环境呈明显递减的趋势,在水和沉积物中的相对丰度范围分别是1.08×10~(-3)~1.36×10~(-1) copies/16S rRNA copies和2.90×10~(-5)~1.39×10~(-2)copies/16S rRNA copies。磺胺类和喹诺酮类ARGs的相对丰度与对应抗生素残留浓度未发现强烈的相关性,但整合子intI1与ARGs间具有较强相关性,且部分ARGs与非对应污染物(重金属和有机污染物)具有相关性。我们在ARGs水平转移实验模拟的结果中发现,多种环境因素均对ARGs的水平转移过程产生影响,如培养温度、培养时间和所受污染物的浓度等。在一定浓度范围内,抗生素浓度越高,对ARGs的水平转移的促进能力就越强,而重金属Zn的浓度过高反而会抑制ARGs的传播过程。总的来说,近岸海洋环境中抗生素抗性污染的现象已经普遍存在,一类整合子和部分非对应污染物在ARGs的传播过程中发挥了重要作用。在近岸海洋环境中,影响ARGs传播过程的主要因素可能由对应污染物(抗生素)转变成了非对应污染物(重金属和有机污染物)。进一步深入探究近岸海洋环境中ARGs的分布特征和传播机制对于预防和控制抗生素抗性污染的传播扩散具有重要意义。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X55
【图文】：

抗生素抗性,污染问题,四环素

上海海洋大学硕士学位论文疏水性的抗生素还会吸附于污泥上，随污泥再生经过堆肥后作为动物饲料重新返回到农田土壤生态系统等自然环境中[20-22]。已有研究表明，污水处理厂出水是自然环境水体中抗生素的来源之一[23、24]。Auerbach 等[25]在研究比较了三个国的污水处理厂中四环素 ARGs 的含量分布后发现，在入水、出水与活性污泥中检测到了不同种四环素 ARGs，并在活性污泥中分离出了对四环素耐药的菌株；苗苗等[26]在土霉素制药厂的废水处理排放口及下游受纳河流中普遍检出四环ARGs，且相对含量明显高于排放口上游水体，下游河流中的微生物群落结构也到影响，四环素 ARGs 宿主细菌明显增加；Graham 等[27]在哈瓦那西部制药厂河下游的沉积物中也发现 ARGs 的含量水平比上游水体中的增加了 3 个数量级。上所述，人类医疗、畜牧养殖与制药的废水排放均是抗生素抗性污染的重要来源人为活动会对自然水体环境中抗生素抗性的发生及 ARGs 的丰度产生直接影响。

布图,抗生素,磺胺类,固相萃取柱

图 2-1 采样站位分布图Fig. 2-1 Map of the sampling sites.2.3 实验方法.2.3.1 抗生素的分析磺胺和喹诺酮类抗生素药物在莱州湾区域普遍使用于人类疾病治疗和兽用研究使用固相萃取法提取这两类抗生素，沉积物中的两类抗生素利用乙腈作取剂提取，以 MCX 固相萃取柱富集磺胺类抗生素，以 HLB 固相萃取柱富集酮类抗生素，然后用纯甲醇将目标化合物洗脱。用内标法计算磺胺类抗生素收率，空白加标法计算喹诺酮类抗生素的回收率，即除将实际样品用实验室水代替外，其余样品处理步骤相同。利用高效液相色谱－串联质谱定量检测，液相色谱及质谱检测条件如下[67]。① 磺胺类抗生素：

莱州湾,分布特征,相对丰度

上海海洋大学硕士学位论文9..77×10-3~9.95×10-1copies/16S rRNA copies 。沉积物中 sul1 的相对丰度为1.05×10-3~7.46×10-1copies/16S rRNA copies，比水体中的高 1 个数量级，sul2 的相对丰度与水体中的相当，为 1.84×10-4~5.51×10-1copies/16S rRNA copies。而水体中喹诺酮类 ARGs 的检出率在莱州湾和大连近岸分别为 91.67%和 60%，在沉积物中检出率分别为 83.33%和 75%，其相对丰度也均低于磺胺类 ARGs。并且，如图 2-2所示，莱州湾区域的 ARGs 相对丰度从河口区(L1~L5)到近岸海洋区域(L6~L12)呈逐渐降低的趋势，除去海水稀释的影响，河口区抗生素残留的排放是海洋环境中抗生素抗性污染的重要来源。近岸海洋区域站位点中有个别站位点（L7，L8 和 L11）的 ARGs 相对丰度较高，可能是受到莱州湾西南部湾中顺时环流的影响。总体来说，本研究区域中 ARGs 的分布呈现自河口至海洋逐渐下降的趋势，河口排放是造成海洋抗生素抗性污染的重要因素，sul1和sul2为近岸海洋环境中的优势ARGs。

【参考文献】