石家庄汪洋沟地区抗生素、抗性细菌和抗性基因污染特征研究

摘要

近年来抗生素在不同环境介质中频繁检出，促进了抗性细菌以及抗生素抗性基因的产生。抗生素、抗性细菌及抗性基因通过动物排泄、医院和污水处理厂废水，排放到环境后，在不同区域之间迁移，并在不同物种之间交换和传播，对公共卫生安全造成潜在威胁。因此抗生素、抗性细菌及抗性基因的环境行为效应受到越来越多的关注，其去除工艺也成为亟待解决的难题。为探索水体中抗生素、抗性细菌与抗性基因污染水平的关系，以石家庄汪洋沟地区为研究对象，采用高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)、平板计数、实时荧光定量(qPCR)法分别对地表水、地下水及沉积物样品中的16种抗生素、2类抗性细菌和抗性基因进行定量分析。结果表明，汪洋沟地区地表水及地下水样品中存在高浓度的目标抗生素OTC，TC，CTC，OFL，SMX及TMP，其最高浓度分别为3.6×105，9.7×103，6.9×104，1.2×104，4.8×103和1.1×103 ng/L。沉积物中OTC，TC，CTC和ROM检出率较高，最高浓度分别为1.6×105，1.7×104，2.1×103和2.5×103 ng/g。根据环境风险商数RQ显示，CTC，TC，OFL，CIP，ERM-H2O和SMX对个别水生生物产生较高的生态风险。水体中四环素的抗性细菌数量为4.00×101～2.13×104 CFU/mL，磺胺抗性细菌数量为6.67×101～7.34×105CFU/mL;水体中抗性细菌含量比沉积物中低3～4个数量级。样品中检出的5种四环素类抗性基因（tetA、tetB、tetE、tetW和tetZ）、2种磺胺类抗性基因(sul1，sul2)及2种整合子基因（int1，int2）的相对表达量较高，其中tetA及sul1为汪洋沟地区的优势抗性基因，相对表达量均高于1.58×10-2。主成分分析结果表明ARGs的含量分布受不同污染源和复杂的水质特征的影响。对tet(B)基因的遗传系统发育分析发现，水质的变化会导致抗性菌种存在差异。
　　本研究还对抗生素及抗性基因去除及迁移过程分析，对北京某污水处理厂及受纳河流中三类抗生素（四环素类，磺胺类，喹诺酮类）进行检测。在二次出水中它们检测的浓度依次是195，2001，3866ng/L，高于比受纳河流中的浓度。抗性基因结果发现，磺胺类抗性基因丰度相对较高（高于10-1）。总体来说，抗性基因在污水处理流程中基本保持相对稳定，并普遍高于其收纳河流中的相对丰度。双变量相关性分析表示tetB，tetW与四环素的含量存在显著相关，然而磺胺类抗性基因与磺胺类抗生素之间无相关性，喹诺酮类抗性基因qnrC与恩诺沙星(ENR)含量之间存在负相关。污水处理厂原进水及二次出水中不同抗性基因的表达水平暗示污水处理过程可能诱导抗性基因相对丰度的增加。结果表明了污水处理厂是抗性基因的重要存储库，这需要在排放前进行有效的处理之后再进入自然受纳水体。