论文部分内容阅读
抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）作为一种新型污染物,对环境生态安全和人类健康具有重大威胁。研究表明,河流生态环境已经成为ARGs的重要储存库。嘉陵江是长江上游的重要支流,嘉陵江流域的生物安全不仅直接关系着嘉陵江两岸居民的饮用水安全,也影响着生活在长江下游居民的水质安全。然而,嘉陵江流域ARGs分布规律及潜在的污染源仍不清楚。因此,本研究针对嘉陵江（南充到重庆段）的59个水体样品和47个底泥样品,采用高通量荧光定量PCR技术（High-Throughput qPCR,HT-qPCR）对283种ARGs和12种可移动遗传元件（Mobile genetic elements,MGEs）遗传标记物进行检测,全面明晰嘉陵江流域中ARGs的丰度、多样性及其分布特征,并耦合采用基于16S rRNA基因的高通量测序技术和化学分析技术,揭示ARGs与各环境因子的相关性,为ARGs的溯源分析提供重要参考数据。研究结果发现:1.在嘉陵江南充至重庆段,总共检出238种不同的ARGs类型,ARGs的类型涵盖了β-内酰胺类,多重耐药性类,四环素类,氨基糖苷类,MLSB类,万古霉素类,磺胺类,氯霉素类和其它类等;ARGs和MGEs的相对丰度呈现显著正相关（P<0.05）,表明ARGs的水平基因转移可能促进ARGs在河流环境中的富集和传播,进而加剧河流生态系统的ARGs污染。2.嘉陵江城市段和农村段的ARGs分布特征具有显著差异（P<0.05）,城市段水体样品中的总基因拷贝数显著高于农村段（P<0.05）,表明城市和农村环境对河流ARGs污染的贡献不同。城市段水体样品中的β-内酰胺类和氯霉素类抗性基因的相对丰度均显著高于农村段（P<0.05）;城市段底泥样品中的氨基糖苷类和磺胺类抗性基因相对丰度均显著高于农村段（P<0.05）。3.嘉陵江（南充段）有众多农村支流汇入嘉陵江干流,研究表明支流水体样品中的ARGs相对丰度显著高于干流,且高出3.25倍（P<0.05）。其中,支流水体和底泥样品中的氨基糖苷类,β-内酰胺类,MLSB类和多重耐药性类抗性基因相对丰度显著高于干流（P<0.05）。与干流水体样品相比,ARGs的组成在支流中显示出高度的空间差异性,且在每个支流水样中均检出独有的ARGs。支流汇入干流后,下游水体中四环素类抗性基因的丰度显著增加了3.42倍（P<0.05）。相比于上游,在下游水体中新检测出的27个ARGs中,有24个ARGs在支流中检出,表明支流水体的汇入可能对嘉陵江水体的ARGs有显著贡献。此外,下游底泥样品中的β-内酰胺类抗性基因显著高于上游和中游（P<0.05）。4.基于ARGs相对丰度间相关性的网络分析所识别的“指示ARGs”可作为评估嘉陵江流域ARGs污染水平的潜在方法。网络分析表明,嘉陵江水体中的”指示ARGs”为lnuB-01（MLSB类）,qacEdelta1-01（多重耐药性类）,aadA5-01（氨基糖苷类）,catB-3（其它类）等;嘉陵江底泥中的”指示ARGs”为aadE（氨基糖苷类）,mtrD-02（多重耐药性类）,aphA1（aka kanR）（氨基糖苷类）,matA＿mel（MLSB类）等。ARGs相对丰度与细菌群落结构存在显著相关性,并且网络分析表明ARGs与不同的细菌类群相关。基于ARGs和细菌属相关性的网络分析表明Proteiniclasticum,Rhodobacter,Tepidicella,Acinetobacter,Arenimonas,Limnohabitan,Flavobacterium,等可能是ARGs的潜在宿主。5.冗余分析表明,ARGs的分布格局与重金属浓度（Cu,Zn,Cd,Pb,Mn）显著相关,表明金属选择压力可能对河流环境中抗生素抗药性有影响。6.此外,TN、NH4+-N、TP、DO、pH等物理化学因子等均不同程度地解释了嘉陵江ARGs多样性的差异。综上,本研究不仅明晰了嘉陵江流域ARGs的分布规律及其主导环境影响因子,还分析了嘉陵江城市段和农村段ARGs组成和分布的差异,揭示了受污染严重的支流汇入对嘉陵江干流ARGs的分布格局具有显著的影响。本研究为评估嘉陵江生态安全提供理论依据,也为探究河流环境ARGs的传播机制和评估河流环境ARGs污染水平提供数据参考。