北京地区蔬菜土壤抗生素抗性基因分布特征的研究

发布时间：2017-04-03 10:10

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【摘要】：目前,医疗行业和畜牧业长期、大量的使用抗生素,使得耐药菌和抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的多样性及丰度不断增加,甚至出现了抗多种抗生素的超级细菌,对人类健康和环境存在着潜在威胁。因此,ARGs的研究越来越受到环境科学领域的关注。农田土壤是耐药菌和ARGs的重要储存库,是耐药菌和ARGs传播的媒介。本课题选择北京地区长期施用有机肥的蔬菜基地,对菜田土壤耐药菌和ARGs进行检测分析,揭示有机肥施用对耐药菌和ARGs的影响,以及ARGs与土壤抗生素残留及重金属含量之间的相关性,这对于掌握北京地区菜田土壤抗生素耐药菌和ARGs的污染状况和分布特征,从ARGs角度评估有机肥应用的安全性,以及减少耐药菌和ARGs的传播都具有重要意义。采集北京地区11个长期施用有机肥蔬菜基地的温室土壤和大田土壤,对土壤进行13种抗生素检测。大田土壤和温室土壤中磺胺类抗生素(SAs)和四环素类抗生素(TCs)的检出率均为100%,TCs检出浓度最高,大田土壤和温室土壤中分别为73.65μg/kg和103.58μg/kg。同时,检测土壤中6种主要重金属,发现土壤及有机肥中各重金属含量值均为ZnCrCuPbAsCd,Zn、Cr和Cu在样品中的浓度最高,且有机肥中含量分别为246.44mg/kg、57.91mg/kg和38.85mg/kg。接下来,分析土壤中的抗生素耐药菌,17种ARGs和I类整合子intI1,取其中检出率高的I类整合子intI1、磺胺类抗性基因sul2、四环素类抗性基因tetL和tetX进行荧光定量PCR检测。结果表明,大田土壤中四环素耐药菌占总菌数百分比的平均值是1.91%,显著低于温室土壤(6.64%,P0.05),但大田土壤和温室土壤中氨苄西林、磺胺甲恶唑和环丙沙星耐药菌占总菌数的比例均无显著性差异(P0.05)。大田土壤和温室土壤中磺胺类抗性基因sulI和sul2的检出率均为100%。其它抗性基因,均是温室土壤的检出率高于大田土壤。从ARGs的相对丰度看,温室土壤中抗性基因tetX和I类整合子intI1均显著高于大田土壤(P0.05),抗性基因tetL则极其显著高于大田土壤(P0.01)。由此可见,温室壤土中ARGs污染比大田土壤中严重,这可能与温室土壤中有机肥使用量较大有关。此外,分析了抗生素、重金属、ARGs及I类整合子之间的相关性,发现除抗性基因sul2和tetX与某些同族抗生素浓度存在显著相关外,ARGs丰度与非同族抗生素浓度间也存在普遍相关性。重金属Cu和Zn与ARGs有普遍的显著相关性,其余重金属与ARGs间相关性较弱。这可能是环境中抗生素药物及重金属对ARGs丰度共选择的结果,抗生素和重金属是土壤中ARGs丰度增加的重要因素。为进一步研究有机肥施用对菜田土壤中抗生素耐药菌和ARGs的影响,分析4种不同施肥方式(不施肥、常规施肥、单施化肥和单施有机肥)温室土壤的耐药菌和ARGs,结果表明,施有机肥的土壤中(常规施肥土和单施有机肥土)耐药菌的活菌数和耐药菌占总菌数的比例,以及ARGs的绝对丰度和相对丰度均高于CK土壤和单施有机肥土壤1~2个数量级,有机肥施用可能会增加土壤的抗生素抗性。
【关键词】：温室土 大田土 有机肥 抗生素 抗性基因
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X172;X53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 抗生素概述10-11
• 1.2 抗生素抗性基因概述11-16
• 1.2.1 抗生素抗性基因的来源与传播11-12
• 1.2.2 抗生素抗性基因的抗性机理12-13
• 1.2.3 抗生素抗性基因的检测方法13-14
• 1.2.4 土壤抗生素抗性基因的研究现状14-15
• 1.2.5 抗生素、重金属与ARGs的相关性研究现状15-16
• 1.3 研究目的和意义16
• 1.4 课题主要研究内容16-18
• 第2章 菜田土壤重金属与抗生素污染状况的研究18-25
• 2.1 实验材料与方法18-21
• 2.1.1 采样地点和时间18-19
• 2.1.2 HPLC-MS分析19-20
• 2.1.3 重金属测定20-21
• 2.2 结果与讨论21-24
• 2.2.1 菜田土壤中抗生素的检测结果21-22
• 2.2.2 菜田土壤中重金属的检测结果22-24
• 2.3 小结24-25
• 第3章 抗生素耐药菌的研究25-30
• 3.1 材料与方法25-27
• 3.1.1 土壤样品25
• 3.1.2 主要仪器设备25
• 3.1.3 抗生素培养基25-26
• 3.1.4 耐药菌的培养与计数26-27
• 3.2 结果与讨论27-29
• 3.2.1 抗生素耐药菌活菌数分析27-28
• 3.2.2 耐药菌活菌数占总菌数的比例分析28-29
• 3.3 小结29-30
• 第4章 抗生素抗性基因分布特征的研究30-42
• 4.1 材料与方法30-33
• 4.1.1 DNA提取30
• 4.1.2 ARGs的PCR定性检测30-32
• 4.1.3 荧光定量PCR32-33
• 4.2 结果与讨论33-41
• 4.2.1 ARGs的PCR定性检测33-37
• 4.2.2 ARGs的q-PCR定量检测37-38
• 4.2.3 抗生素、重金属、抗性基因及I类整合子相关性38-41
• 4.3 小结41-42
• 第5章 不同施肥处理对土壤ARGs的影响研究42-51
• 5.1 材料与方法42-43
• 5.1.1 采样点42
• 5.1.2 抗生素检测42-43
• 5.1.3 重金属检测43
• 5.1.4 抗生素耐药菌实验43
• 5.1.5 DNA提取、PCR定性检测和荧光定量检测43
• 5.1.6 耐药菌的鉴定43
• 5.2 不同施肥处理土壤中重金属和抗生素含量43-45
• 5.2.1 抗生素含量43-44
• 5.2.2 重金属含量44-45
• 5.3 不同施肥处理土壤中耐药菌的研究45-47
• 5.3.1 抗生素耐药菌活菌数分析45-46
• 5.3.2 耐药菌活菌数占总菌数的比例分析46-47
• 5.3.3 耐药菌的鉴定47
• 5.4 不同施肥处理土壤中抗性基因的研究47-50
• 5.4.1 ARGs的PCR定性检测47-48
• 5.4.2 ARGs的q-PCR定量检测48-50
• 5.5 小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 朱永官;欧阳纬莹;吴楠;苏建强;乔敏;;抗生素耐药性的来源与控制对策[J];中国科学院院刊;2015年04期

2 万位宁;陈熹;居学海;母全华;王冲;毛大庆;罗义;;固相萃取-超高效液相色谱串联质谱法同时检测禽畜粪便中多种抗生素残留[J];分析化学;2013年07期

3 佟娟;魏源送;;污水处理厂削减耐药菌与抗性基因的研究进展[J];环境科学学报;2012年11期

4 沈群辉;冀秀玲;傅淑s

本文编号：284143