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抗生素作为防治人类和动物细菌性疾病的药物被广泛使用,同时也作为生长促进剂被大量应用于水产养殖业和畜牧业。然而,残留在水环境中的抗生素可能会诱导耐药性细菌的产生和促进抗生素抗性基因的传播,并对非靶生物产生毒害和对人类健康造成威胁等。为了评价抗生素及其抗性基因的潜在生态风险,有必要对水环境中抗生素及其抗性基因的污染现状、分布和环境行为进行研究。近30年来,珠江三角洲地区高速发展的农业、工业和城市化已经对珠江口水环境带来负面的影响。然而,目前关于珠江口水环境中抗生素及其抗性基因的研究存在较大不足。本论文对珠江口及其沿岸典型水产养殖区水环境中抗生素及其抗性基因进行研究,探讨抗生素及其抗性基因在珠江口水环境中污染现状、分布特征和来源等,旨在为珠江口抗生素及其抗性基因的生态环境安全评价提供科学依据,并为抗生素及其抗性基因环境污染的控制提供科学基础。主要研究结果如下:
⑴利用固相萃取、高效液相色谱/串联质谱法(LC-MS/MS)对珠江口水和沉积物中9种常用抗生素进行研究。结果表明,抗生素含量从珠江下游到珠江口呈降低的趋势,说明抗生素主要来源于珠江各支流和陆源的输入。珠江口水域西侧抗生素的含量略高于东侧。抗生素含量在水中存在显著的季节差异,但在沉积物中则差异不明显。诺氟沙星在水和沉积物之间的分配行为主要受沉积物总有机碳(TOC)的影响,而脱水红霉素则主要受水pH值的影响。与水相相比,珠江口沉积物中富集了高浓度的抗生素,可能成为潜在的抗生素二次污染源。此外,生态风险评价表明珠江口水环境中磺胺甲基异噁唑、诺氟沙星、氧氟沙星和脱水红霉素可能对某些水生生物存在潜在的环境风险。
⑵利用普通聚合酶链式反应(PCR)和荧光定量PCR方法对珠江口水和沉积物中的抗生素抗性基因(ARGs)进行定性与定量分析。结果表明,ARGs在珠江口水环境中普遍存在。根据ARGs的检出率、含量和分布特征可评价人类活动对周围水环境的影响,在受人类活动影响较大的区域,尤其是珠江下游ARGs的检出率和含量水平总体上均较高。ARGs能在不同的环境介质中迁移,整合子基因int1在珠江口水环境中的普遍存在,可能会加速ARGs在微生物间的传播扩散。四环素类ARGs的分布特征可作为识别珠江口水环境中ARGs人为来源的指示物。
⑶对珠江口沿岸典型水产养殖区水和沉积物中抗生素及其抗性基因进行研究。结果显示,在所有样品中磺胺类抗生素均未检出,其它3类抗生素残留浓度和检出率大小顺序为:氟喹诺酮类抗生素>四环素类抗生素>大环内酯类抗生素。除了四环素类抗性基因tetW外,其它ARGs在珠江口水产养殖区样品中均有检出,其中磺胺类抗性基因sul1、sul2和整合子基因int1的检出率为100%。相同养殖模式下,养殖时间越长,抗生素总浓度和ARGs总相对含量均越高,显示出抗生素与ARGs的累积效应;而具有不同养殖模式的养殖塘抗生素及其抗性基因的含量存在差异,表明养殖模式和养殖时间可能影响抗生素和ARGs的含量与分布。珠江口沿岸典型水产养殖区沉积物中抗生素浓度与ARGs总量存在显著相关性,说明沿岸水产养殖区中抗生素使用是诱导养殖区ARGs产生和传播的主要因素之一。珠江口沿岸水产养殖区可能成为珠江口水环境中抗生素和ARGs的重要污染源之一。