西安某垃圾卫生填埋场抗生素和抗性基因的分布特征

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luohuixian11
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关于新型污染物抗生素与抗性基因在环境介质(如医疗废水、土壤、河海、沉积物、地下水、大气等)中的污染分布特征研究有很多,但其在垃圾填埋场这个特殊环境介质中的环境行为鲜有研究,因此本文选取西安江村沟垃圾填埋场为研究对象,采集不同方位不同深度垃圾样品,分析其理化性质,用超高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-MS/MS)检测磺胺甲恶唑(SMX)、四环素(TC)、土霉素(OTC)、环丙沙星(CFC)和诺氟沙星(NFC)等5种抗生素的残留,用荧光定量PCR检测磺胺类抗生素抗性基因(sulⅠ)、四环素类抗生素抗性基因(tetW和tetO)、抗氯霉素类抗生素抗性基因(cat和cmr)以及β-内酰胺类抗生素抗性基因(blaSHV和blaTEM)等7种抗生素抗性基因的含量,明晰垃圾填埋场中抗生素与抗性基因的分布水平,为过期或未使用完全的药品管理提出建议;以相关性分析抗生素、抗性基因与垃圾理化性质之间的关系,找寻影响抗生素与抗性基因分布水平的主要因子,从而为抗生素与抗性基因在垃圾填埋场内控制提供理论依据。  主要研究结论如下:  (1)5种抗生素SMX、TC、OTC、CFC、NFC在垃圾样品中检出率分别为59%、78%、94%、78%和82%,总平均浓度分别为47.85±8.05(n=30)、63.79±37.71(n=40)、100.86±141.81(n=48)、2.59±2.38(n=40)和23.79±27.15(n=42)μg·kg-1。相较于其他抗生素,OTC在样品中检测出的浓度值普遍偏高,最高浓度值达535.77μg·kg-1,TC、NFC、SMX、CFC检测出的最高浓度值分别为245.65μg·kg-1、129.24μg·kg-1、71.43μg·kg-1、10.43μg·kg-1。这5种抗生素在垃圾填埋场中存在说明垃圾填埋场是抗生素的储存库;  (2)除氯霉素抗性基因cmr的检出率为94.12%(48/51),其他抗性基因的检出率均为100%,抗性基因sulⅠ、cat、cmr、tetW、tetO、blaTEM、 blaSHV绝对浓度分别为4.19×102~2.59×107、3.27×102~2.17×105、ND~2.16×104、3.40×103~7.98×105、1.62×104~3.84×105、1.71×103~1.66×105和3.61×102~4.37×105copies·g-1干土(dw),相对丰度分别为8.99×10-7~2.98×10-2、3.26×10-8~3.05×10-3、1.25×10-8~2.27×10-3、1.31×10-6~2.77×10-1、1.70×10-6~1.62×10-2,6.39×10-7~8.25×10-2以及2.48×10-8~1.69×10-2。高丰度高频率抗性基因的检出说明垃圾填埋场是抗性基因的储存库。  (3)垃圾样品理化性质和抗生素抗性基因相关性分析(以p<0.05为标准)结果表明:垃圾填埋龄除了与cmr没有相关关系外,与其他抗性基因(sulⅠ、cat、tetW、tetO、blaTEM以及blaSHV)显著负相关,相关系数分别为-0.289、-0.347、-0.506、-0.395、-0.615以及-0.442。深度也是影响抗生素抗性基因的一个重要因子,其与sulⅠ、tetW、 tetO、blaTEM以及blaSHV显著负相关。但是16S rRNA与深度及填埋龄并没有明显相关关系,而与其他理化指标如含水率、TN、有机质、硝态氮显著正相关(r分别为0.397、0.298、0.346和0.361),与pH、铵态氮显著负相关(r分别为-0.378和-0.286)。含水率和硝态氮是影响抗生素抗性基因分布的重要理化指标,如含水率与sulⅠ、tetO显著正相关,硝态氮与sulⅠ、cat、tetO及blaSHV显著正相关。sulⅠ在垃圾填埋场中的增殖还受有机质与TN的影响,随着有机质与TN的增加,基因sulⅠ的绝对含量也增加。抗性基因tetO与铵态氮显著负相关;  (4)垃圾样品理化性质和抗生素水平相关性分析(以p<0.05为标准)结果表明:只有TC与垃圾填埋龄、深度负相关,相关系数分别为-0.300和-0.360。SMX、TC以及CFC与pH显著负相关,即随着pH的增大,它们在垃圾样品中的含量减少。TP是影响SMX在垃圾样品中存在的另一个重要因素,其相关系数为0.280。TC与硝态氮显著正相关(r=0.308)。OTC在垃圾填埋场中的存在受含水率的影响,随着含水率的增加,土霉素的含量增加,其相关系数为0.385。  (5)抗生素水平和抗生素抗性基因相关性分析(以p<0.05为标准)结果表明:除了tetW与土霉素显著正相关(r=0.412)以外,其它同族抗生素与抗性基因并没有明显相关关系。抗生素与抗性基因虽然类别不相同,但是也存在着一定的相关关系。如磺胺类抗性基因sulⅠ与四环素显著正相关,相关系数为0.291,氯霉素抗性基因cat与四环素和土霉素显著正相关,相关系数分别为0.360和0.303,以及β-酰胺类抗性基因blaTEM与土霉素显著正相关(r=0.309)。说明抗生素和抗性基因在垃圾填埋场中迁移转化具有不同的机制。
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