基于GIS对畜牧场中四环素类抗性基因的空间分布规律研究

来源 :哈尔滨商业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuxuan1991
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抗生素滥用及其诱导产生的抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)污染已经引起人们的广泛关注。四环素类抗生素是一种常见的抗生素,经常作为促生长剂和畜禽用药被用于畜禽养殖业。由于近几年在畜禽养殖业中大量四环素类抗生素被广泛使用,致使四环素耐药菌在环境中产生,并且研究土壤环境中四环素类抗性基因的迁移和扩散的课题并不多见。杜尔伯特蒙古族自治区(以下简称杜蒙)是畜牧业为第一产业的行政区,整个自治区贯穿着大大小小的畜牧场。本研究选取杜蒙某畜牧场作为研究对象,利用地理信息系统(Geographic Information System,GIS)可视化分析畜牧场中四环素类抗生素及抗性基因的空间分布规律,为专项治理提供依据。方法:(1)基于GIS对土壤(10cm,50cm深度各10个样品标号分别为T1-10,T11-T20)、粪便和水样进行采样。(2)采用高效液相色谱串联质谱法检测四种四环素类抗生素含量。(3)采用高通量定量PCR技术检测全项四环素类抗性基因。(4)采用Pearson相关、聚类分析和网络分析探讨抗生素与ARGs相对丰度之间的相关性(5)采用Arc Map和Arc Scene进行污染物可视化分析,并尝试性对污染物来源进行探究。结果:(1)在水样品中,四种四环素类抗生素只有土霉素有检出,检出率为67%。在畜禽粪便中,金霉素检出率为100%,其余3种四环素类抗生素均只有一个样品或完全未检出。在土壤样本中,所有四环素类抗生素的检出率均超过30%,其中金霉素检出率为100%。10cm土层四环素类抗生素的平均含量在0.257~23.857μg/kg,50cm土层中四环素类抗生素平均浓度为0.647~30.803μg/kg。在50cm土层的每种四环素类抗生素含量均不同程度的高于10cm表层土壤。(2)全项四环素类ARGs检测中共检出17种四环素类抗性基因。tet X和tet AP在所有样品中检出量最多,tet R和tet34在所有样品中检出量最少。四环素类抗性基因相对丰度排序为tet X>tet AP>tet M>tet W>tet S>tet PA>tet Z>tet G>tet C>tet O>tet Y>tet(32)>tet B>tet T>tet(36)>tet(34)>tet R。(3)土壤中四环素类抗生素和抗性基因相对丰度相关性分析可知,tet(34)、tet AP、tet PA、tet W、tet X与所有抗生素呈一定负相关性,tet B、tet C、tet M与所有抗生素呈一定正相关性。tet B与DOX、tet Y与CTC有统计学差异;tet C与TC、tet M与OTC呈显著相关;tet M与TC、DOX和总抗生素呈极显著相关。畜禽粪便和水样中tet(34)、tet M、tet PA、tet S、tet T与所有抗生素呈一定负相关性。OTC分别与tet B、tet C和tet Y呈极显著相关;OTC与tet Z有统计学差异。(4)土壤中四环素类抗性基因相对丰度的聚类分析显示,T3与T4土样的ARGs的分布相似,T1、T2、T5、T6、T7、T8、T9、T10、T15和T16的土壤的ARGs分布相似,T17和T11不与任何样品相似,T12-T14、T18-T20的抗性基因分布相似。土壤中四环素类抗生素与抗性基因的聚类分析显示,四环素类抗生素分为三个大类,OTC和DOX为一类,TC与CTC分别为一类。表明OTC和DOX这两种抗生素对四环素类抗性基因的相关性分布相似。(5)由畜牧场不同土层中四环素类抗生素的反距离加权插值空间分布可知,垂向污染呈现由上至下逐渐增大的空间分布特征。水平方向上,四环素类抗生素在10cm土层的水平污染呈西部总体和部分东部区域含量较高,东南部含量较低;50cm土层中东南部含量最高,其他区域含量均较低。在垂直方向上,四种抗生素均是由东部及西部的污染逐渐向东南部聚积。在畜牧场东南部的50cm土层四环素类抗生素的污染总和达到最严重状态。从四环素类抗性基因的空间分布特征可知,四环素类ARGs的总含量垂向污染呈现由上至下逐渐减少的空间分布特征,这与四环素类抗生素的空间分布相反。水平方向上,不同土层的严重污染部位均为畜牧场东部区域,西部污染最轻。结论:四环素类抗生素在土样中的检出率高于畜禽粪便样品和水样,四环素类抗生素在10cm表层土壤中的总含量低于在50cm土层的总含量,在垂向污染上呈逐渐增加的趋势,在水平方向上呈西部和东部区域逐渐向东南部区域迁移聚积。四环素类抗性基因同样在土样中检出率最高,垂向污染呈由上至下逐渐减少,水平方向上则呈由西向东部区域污染逐步加剧。
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