畜禽类养殖环境中抗生素抗性基因的分布特征及对农田环境的影响 ——以安徽省蒙城县为例

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抗生素残留已经带来了严重的环境问题,其中备受关注的是能够诱导细菌产生抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)。ARGs已经成为一种新型污染物,越来越受到人们的关注。ARGs广泛存在于水体、土壤和动物肠道等各种环境介质中,并且最终通过食物链进入人体。ARGs除能够在细菌亲代与子代中传递外,还能发生水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT),在不同细菌种群间传播,甚至跨种属传播。ARGs一旦转移到致病菌中,将会对人类健康产生严重威胁。畜禽类养殖业是抗生素使用的重灾区。因此,开展畜禽类养殖环境中ARGs的污染研究十分重要,对环境健康和提升食品安全具有重要意义。安徽省亳州市蒙城县是农业生产和畜禽类养殖业大县。本文选取蒙城县6个不同的畜禽类养殖场13个站位不同季节的养殖废料(粪便)和土壤样品,采用Real-time PCR法分析5类19种ARGs以及一类整合子基因intI1,调查养殖环境及农田环境中ARGs的污染状况,探究粪便和土壤ARGs丰度的时空分布规律。利用高通量基因组测序分析蒙城县内具有代表性的某鸭养殖场、猪养殖场的粪便样品和土壤样品,探究ARGs种类及丰度在养殖环境中的迁移和转化,评估畜禽类养殖活动对农田土壤的影响。主要结论为:(1)在蒙城县的养殖环境及农田土壤环境中,除一类整合子基因intI1外,共检测到8种抗生素抗性基因,分别为磺胺类抗性基因sul1和sul2,四环素类抗性基因tetA、tetC和tetG,大环内酯类抗性基因ermB,氯霉素类抗性基因cmlA,多重耐药类抗性基因oqxB。检出率均达到60%以上。(2)在蒙城县农田土壤环境中,ARGs丰度相对较低,但仍受到畜禽类养殖场污染。在养殖场附近的农田土壤中,ARGs种类和丰度均明显高于空白样品。且当季节变化养殖场用药改变时,土壤中ARGs分布特征也随之改变,可见畜禽类养殖对土壤环境中ARGs贡献很大。在蒙城县畜禽类养殖环境中,ARGs丰度较高,显著高于土壤环境。(3)在粪便中,ARGs的绝对丰度在不同季节区别显著。在春季时鸡和猪粪便中ARGs显著高于秋季。鸭粪便中ARGs随季节变化不明显。可。牛粪中ARGs丰度秋季高于春季。(4)蒙城县畜禽类养殖废料及农田土壤中ARGs的总丰度均与一类整合子基因intI1呈现显著的正相关(p<0.01),这表明基因水平转移(HGT)在蒙城县养殖及农田环境ARGs的传播发挥着重要作用。(5)对蒙城县农田土壤的耐药性实验表明,对于四种常用的抗生素红霉素、环丙沙星、氯霉素、四环素,土壤环境中均存在携带相应抗性的微生物。(6)高通量全基因组测序结果表明,在鸭养殖过程中存在ARGs和抗性细菌从粪便到农田的转移,畜禽类养殖场对农田环境存在一定程度的ARGs污染。(7)通过对比未受到养殖场污染的农田土壤、无废料处理设施的鸭养殖场周围农田土壤及使用堆肥处理的养猪场周边农田土壤,结果表明:无论是ARGs丰度还是浓度,鸭养殖场周边的农田土壤均高于另外两者。同时,通过堆肥对养殖废料进行处理的猪养殖场周边土壤和空白组在ARGs组成和丰度上较为接近。可以认为堆肥处理在一定程度上减少ARGs从粪便向农田中转移,降低对农田土壤造成的污染。本论文结果有助于掌握ARGs在畜禽类养殖环境中的存在状况和分布规律,对评价ARGs的潜在风险,提升农产品安全具有重要意义。
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