水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

研究表明,基于rRNA数据库,每个细菌平均约有4个16SrRNA基因的拷贝,因此,利用相对丰度可以在单个细菌水平上评估ARGs的赋存情况.该水源地各样品ARGs的相对丰度如所示,ARGs相对丰度为~×10-2,MGEs相对丰度为~×10-1.九大类ARGs中,相对丰度较高的3类为多重抗药类ARGs(×10-2~×10-1)、氨基糖苷类ARGs(×10-3~×10-2)、磺胺类ARGs(×10-3~×10-2).抗性基因相对丰度结果与绝对丰度一致,多重抗药类ARGs、氨基糖苷类ARGs和磺胺类ARGs为水库内主要的抗生素抗性基因.不同种类ARGs的含量水平存在差异,可能与该地区抗生素的使用情况有关,抗生素残留的环境选择压力,诱导产生ARGs.金泽水库原水取自太浦河,而太浦河沿线及水库周边地区多为农田、城镇村及水产或畜禽养殖用地.根据调查(),水库上游太浦河沿线有重要的畜禽养殖基地,规模化养殖及散户养殖数量较大,主要养殖品种为猪和家禽,且太浦河沿线用地中水域用地占多数,水产养殖成为该地区的重要支柱产业;此外,太浦河沿线耕地面积总计达万亩,各乡镇农村人口约万,城镇人口约万;对于太浦河及水库周边地区点源污染的调查发现,水库上游地区至水库周边共有污水处理厂30座.抗生素被广泛用于人和动物疾病的治疗,或添加于饲料中以促进动物生长,在中国用于畜禽养殖的抗生素以喹诺酮类抗生素和β-内酰胺类抗生素为主(Zhangetal.,2015),氨基糖苷类和磺胺类抗生素在水产养殖业中被广泛应用(),人类疾病的治疗以β-内酰胺类抗生素为主.然而,抗生素无法被机体完全吸收,畜禽养殖中产生的动物粪便含有大量抗生素,渗入土壤并通过地表径流进入水环境;居民使用的抗生素同样通过排泄物排出体外,使得大量抗生素存在于生活污水中,而抗生素在污水处理厂中不能被完全去除(),由污水处理厂出水排入河流中;而水产养殖业中使用的抗生素更是被直接添加到水环境中.27种(%)多重抗药类抗性基因(52种)被检出,其中5种检出率为100%.随着抗生素的过度使用,细菌的抗药性逐渐由单一抗药性发展为多重抗药性(),多重抗药抗性基因会使携带这种基因的微生物对多种抗生素具有耐药性,从而使其成为“超级细菌”().由于金泽水库周边及上下游地区有大规模水产养殖区和畜禽养殖区及大面积城镇村,养殖业产生的含抗生素废水及居民产生的生活污水通过各种途径进入水体,在残留于水体中的各种抗生素诱导下,产生多重抗药基因,对生态安全和人体健康造成极大威胁.氨基糖胺类ARGs和磺胺类ARGs的丰度相比其他几种ARGs处于较高水平.18种(50%)氨基糖苷类抗性基因(36种)被检出,其中9种检出率为100%.各样品氨基糖胺类ARGs的绝对丰度均值为×104~×108copies·L-1,相对丰度均值为×10-7~×种磺胺类抗性基因中,仅sul(Ⅱ)和dfrA1被检出,且检出率均为100%,其余磺胺类抗性基因均未检出,与在德国和澳大利亚水体中的检出情况一致(),表明这两种基因在水体中的存在具有普遍性.其中,各样品sul(Ⅱ)绝对丰度和相对丰度分别为×108~×109copies·L-1和×10-3~×10-2;dfrA1绝对丰度和相对丰度分别为×107~×108copies·L-1和×10-4~×10-3.氨基糖苷类和磺胺类抗生素被广泛应用于水产养殖业中().对中国海河流域抗生素及抗生素抗性基因含量进行了检测,结果表明,磺胺类抗生素抗性基因丰度与磺胺类抗生素浓度存在显著正相关,抗生素的持续存在选择性地诱导了相应的抗性基因.因此,本研究中氨基糖苷类ARGs和磺胺类ARGs丰度相对较大,可能与这两类抗生素在该地区养殖业中的大量使用,导致其在环境中的残留有关,进而诱导产生抗生素抗性基因.β-内酰胺类ARGs和四环素类ARGs在该水库中的检出浓度相比其他几类ARGs处于中等水平.52种β-内酰胺类ARGs有25种被检出,绝对丰度和相对丰度的均值分别为×104~×108copies·L-1和×10-7~×种四环素类抗生素抗性基因中检出18种,其中,tetG-01和tetG-02检出率为100%,其余检出率均小于50%.各样品四环素类ARGs绝对丰度和相对丰度的均值分别为×104~×108copies·L-1和×10-7~×10-4.对河流水体中tet基因含量进行了检测,其中,tetG检出率最高,tetE和tetS未检出,本研究结果与其一致,但在该河流中tet基因的相对丰度(×10-6~×10-1)高于金泽水库,表明水库系统相比河流受tet抗性基因污染的影响相对较小.金泽水库作为一个生态型水库,不仅采用了常规物理净化措施,更是应用了生态净化措施.整个水库可以分为3个区域:预处理区、生态净化区和输水区().预处理区包括进口取水闸前设置的拦污排,设有回转式格栅清污机的取水闸,以及作为入库沉淀区的引水河道,同时,引水河道的两岸放置了微纳米充氧设备,有增氧、强化净化效果的作用.生态净化区,即水库的主要区域,由李家荡库区和乌家荡库区两大库区组成,近1700m2的生态小岛横卧于两大库区之间;库区堤坝设计为设置生态砾石床的生态护坡,有利于微生物的富集从而净化水质;库内生态净化区还设有人工浮岛,人工浮岛和生态护坡都种植水生植物.原水经取水闸引水,流经预处理区和生态净化区后,到达输水区.ARGs在预处理区、生态净化区和输水区的分布情况如所示,除β-内酰胺类ARGs和万古霉素ARGs以外,其他各类ARGs和MGEs绝对丰度从预处理区到生态净化区,再至输水区呈逐渐降低趋势,其中,氨基糖苷类ARGs、磺胺类ARGs绝对丰度从预处理区至输水区显著降低(),表明水库净化措施对抗生素抗性基因,尤其是氨基糖苷类ARGs和磺胺类ARGs的绝对丰度具有削减作用.图4()。