畜禽粪肥中抗生素残留对土壤微生物及抗性基因的影响分析研究进展

简述了施用集约化养殖的畜禽粪肥对农田土壤造成不利影响的抗生素残留水平和种类,并结合抗生素检测方法的发展对国内外农田土壤抗生素残留现状进行分析。探究了抗生素对土壤微生物菌群的影响,揭示了抗生素抗性基因(ARGs)对农田土壤的潜在风险。最后展望了未来应深入了解土壤微生物和ARGs之间的作用机理,从而为管控抗生素的负面环境影响提供科技支撑。

商品灭菌乳中常见抗生素抗性基因的筛查与定性分析

探究了市售常见商品灭菌乳中四环素类、氨基糖苷类、β-内酰胺类等抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的分布与带染特征。以12种市售常见商品灭菌乳为研究对象,用CTAB法提取预处理后样品中的总DNA;超微量分光光度计测量DNA纯度与浓度;PCR扩增ARGs;PCR产物测序后提交GenBank进行序列比对,分析ARGs的种类;使用SPSS软件对ARGs检出率、样品品牌、包装类型、产品类型等进行相关性分析。结果显示,灭菌乳中可同时检出多种ARGs,检出率较高的基因分别为(str B(93.75%)、aad B (92.71%)、sul1(85.42%)、bla_(TEM)82.29%)和tet C(58.33%),未在35种ARGs中检出bla_(VEB)、bla_(PER)、bla_(DHA)、bla_(CMY2)和bla_(GIM)。商品灭菌乳的品牌、包装、产地和保质期与aad A、aad B、str A、str B等抗性基因检出率显著相关。市售商品灭菌乳中存在多种ARGs,且不同种类样品间存在差异,值得从食品安全角度深入研究。

饮水系统中抗生素抗性基因赋存特征及健康风险评估

近几年抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新型污染物在世界各地的水体、土壤中被频繁检出,其在环境中大量扩散和增殖十分容易导致微生物获得抗生素抗性,对人体健康产生潜在威胁。结合国内外文献报道数据,介绍了ARGs在城市饮水系统中污染现状,描述了其赋存特征,发现在国内外城市饮水系统中ARGs的数量不容小觑,数量最高可达1.38×105 copies·ml-1。其次对城市饮水系统中常用工艺对ARGs的赋存与传播影响因素进行了总结,发现城市常用水处理工艺对ARGs的灭杀效果差,甚至对其富集和繁殖往往起着促进作用;在不同的环境影响因素中,微生物群落结构是影响ARGs的主要驱动力,其次是重金属。最后提出ARGs对人体可能造成的健康威胁以及现有健康风险评估方法的局限性,并对未来ARGs的研究进行了展望。

海水曝气对海洋微生物群落和抗生素抗性基因的影响

占地球表面71%的海洋蕴含丰富且独特的微生物资源。为维持海产品的鲜活,人们常采用循环暂养技术,通过曝气装置增加水体含氧量。本研究运用宏基因组技术,分析氧含量变化对海洋微生物群落结构、功能组成及抗生素抗性基因的影响。研究发现,高氧海水中的以α-变形菌纲为主的微生物群落多样性较高,而微生物群落功能多样性则随着氧浓度升高而降低。海洋微生物中多种抗生素抗性基因与毒力因子基因丰度下降。这表明海水中氧含量的上升可以减少微生物的抗药性和致病潜能,从而降低其对人类健康的潜在风险。

东洞庭湖表层沉积物中抗生素及抗性基因的时空分异特征

为研究东洞庭湖抗生素及抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的时空分异特征,采集了东洞庭湖流域丰水期和枯水期的沉积物样品,使用超高效液相色谱-串联质谱法和实时荧光定量PCR技术研究了4类12种抗生素和8种相应抗性基因。结果表明:沉积物中抗生素浓度水平处于ng·g^(-1)级别,枯水期4类12种抗生素的检出率和浓度水平均高于丰水期。丰水期沉积物浓度范围为ND(未检出)~176.94 ng·g^(-1),平均浓度为9.75 ng·g^(-1);枯水期浓度范围为ND~101.34 ng·g^(-1),平均浓度为10.88 ng·g^(-1);磺胺类和喹诺酮类抗生素是东洞庭湖主要的抗生素。丰水期沉积物样品中共检出8种ARGs,绝对丰度范围在ND~1.03×10^(7)copies·g^(-1);枯水期绝对丰度范围为9.93×10^(2)~6.32×10^(9)copies·g^(-1)。从空间上看,下游ARGs总丰度高于上游。沉积物中抗生素与ARGs具有一定的相关性,并且在枯水期表现出更好的正相关性。研究表明,东洞庭湖表层沉积物中抗生素及抗性基因的浓度随时间和空间的变化有较明显的差异,在枯水期和靠近水产养殖的区域污染水平更高。

水合氧化物对抗生素抗性基因水平转移的影响

研究了水合氧化铝与水合氧化锰对氨苄青霉素抗性基因(负载于pUC19质粒)向大肠杆菌水平转移(转化)过程的影响.结果表明,2.5~200mg/L浓度水平的水合氧化铝与水合氧化锰均显著抑制了抗生素抗性基因(ARGs)转化,两者对转化频率的抑制率最高分别达79.44%和57.64%.水合氧化铝析出的Al (III)是其导致ARGs转化频率发生变化的原因之一,而水合氧化锰几乎无离子析出.此外,水合氧化铝可与p UC19质粒的磷酸骨架以及碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶与鸟嘌呤发生结合,与之形成大尺寸加合物,进而降低ARGs进入胞内的效率.对于水合氧化锰,其暴露后宿主细胞膜通透性显著减小,并且该颗粒也与pUC19质粒交缠形成了大尺寸团聚物,这可能是抑制ARGs转化的主要原因.

土壤抗生素抗性基因研究进展及热点分析

抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的产生和传播对全球公共健康产生巨大威胁。土壤作为ARGs的重要储存库和介质,已引起众多学者广泛关注。为全面了解土壤ARGs相关领域的研究进展及热点,本研究利用可视化软件VOSviewer和CiteSpace,基于Web of Science数据库,对2013—2022年发表的土壤ARGs领域相关文献进行计量学分析。结果表明,土壤ARGs相关研究的发文数量和被引频次逐年上升。我国在土壤ARGs领域的发文量最高,占总发文量的61.40%,且与澳大利亚、美国等27个国家合作紧密。四环素和磺胺嘧啶为该领域重点关注的抗生素类型;大肠杆菌作为模式菌一直是土壤ARGs领域备受关注的微生物类型。不同时期土壤ARGs研究热点存在明显差异:初期关注的重点方向为ARGs的认识和定量,随后引起较多关注的是ARGs源解析及其与微生物的内在联系,而对ARGs传播扩散和归趋相关研究已成为现今科学家关注和研究的热点。

外源抗生素抗性基因在农田系统中的定殖机制综述

外源抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)对土壤生态健康和农产品质量安全构成严重威胁,但ARGs在土壤-农作物系统中定殖机理不清、跨界迁移机制不明,直接制约了农业系统中细菌耐药污染的有效防控。本文简要论述农田系统ARGs目前赋存现状,系统综述外源ARGs在农田土壤和农作物中的动态演变特征及其与土壤特性的关联性,梳理了ARGs在土壤中侵入-持留-迁移的定殖分子机制以及揭示耐药菌与内生菌之间的交互过程及驱动因素,并提出关于未来农田ARGs环境行为和阻控研究的展望和建议。

土壤环境中抗生素抗性基因污染研究进展和热点分析

近年来,土壤环境中抗生素抗性基因(ARGs)污染引起广泛关注。以Web of Science核心数据库和万方数据库文献资料为数据源进行文献计量学分析,从年发文量变化、不同国家贡献及研究主题演变(基于关键词)等方面对土壤环境中ARGs污染相关研究进行剖析,以此探讨国内外该领域的研究现状、热点和发展。结果表明,土壤中ARGs污染相关研究的发文数量快速增长。我国文献在发文数量、论文被引频次方面具有重要影响,表明我国在该领域有较强的国际学术影响力。关键词聚类分析表明该领域的研究方向主要集中在以下5个方面:(1)土壤中携带ARGs的微生物及其环境行为;(2)土壤环境中ARGs的来源和持久性;(3)土壤环境中ARGs的传播和消减方法;(4)土壤中共存物质对ARGs丰度和迁移行为的影响;(5)农业生产活动对土壤环境中ARGs污染的影响。同时,在介绍ARGs常用检测方法以及土壤环境中ARGs污染来源和分布的基础上,剖析影响ARGs在土壤中传播的多种因素,探讨土壤环境中ARGs的消减方法,并指出当前研究尚存的不足之处以及今后的研究方向。该文可为未来土壤环境中ARGs污染领域的研究和风险管控提供参考。

强还原处理对土壤中常见抗生素及其抗性基因的影响研究

土壤中抗生素长期累积所引发的抗性致病菌富集以及抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的传播扩散,已成为当前备受关注的环境问题。为研究强还原处理(Reductive soil disinfestation,RSD)对土壤中抗生素及其ARGs的影响,以常用且难降解的抗生素四环素、土霉素、磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑所构建的质量分数为20 mg·kg^(-1)的抗生素混合污染土壤为研究对象,分别设置以玉米秸秆(2%,RCS)、甘蔗渣(2%,RSR)为有机物料的RSD处理,同时设置不处理对照,于处理第7、14、28天进行破坏性采样,利用高效液相色谱和荧光定量PCR技术分析RSD处理过程中抗生素质量分数及ARGs和可移动遗传元件(Mobile genetic elements,MGEs)丰度的变化。结果表明,RSD处理可有效降解土壤中的四环素类和磺胺类抗生素,处理28 d后磺胺类抗生素的降解率为45.2%-100%,优于四环素类的33.5%-57.2%;RSR处理对四环素和磺胺嘧啶的降解效果优于RCS处理,其降解率可达57.2%-64.8%,而RCS处理对土霉素的降解率可达44.7%;两种RSD处理对磺胺甲恶唑的降解率在14 d时即可达100%。RSD处理后土壤中ARGs绝对丰度显著增加,RCS处理的增加作用强于RSR处理;随处理时间延长,tetM、qacH等基因相对丰度在RSD处理中呈下降趋势,一定程度上表明ARGs增加带来的生态负面效应得到缓解。RSD处理可显著降低IS26基因的相对丰度,表明其能通过消减特定MGEs削弱ARGs水平转移能力。综上,RSD处理可有效降解土壤中四环素类和磺胺类抗生素,具有消减土壤中ARGs并降低其传播风险的潜力。研究结果可为解决土壤抗生素污染问题、降低ARGs扩散风险提供一定的理论与技术支持。

畜牧业抗生素抗性基因的分布与传播研究进展

随着居民生活水平提高,人们对肉、蛋、奶的需求量增加,促使畜牧业迅速发展。由于抗生素在提高动物机能、预防疾病方面具有重要作用而被大量生产使用,在全球抗生素滥用的大背景下,畜禽已成为抗生素及抗性基因的一个重要储存库,亟需全面了解畜牧业中抗生素及抗性基因的分布与传播,以便于为抗生素在畜牧业中的科学使用和合理控制提供参考依据。文章综述了畜牧业抗生素的使用现状,总结了抗生素抗性基因污染对畜禽、人类健康和野生动物的影响,并强调未来应关注畜禽粪便的二次污染在周围环境以及畜牧业抗生素抗性基因在野生动物栖息地的扩散机制研究,以期为今后畜牧业的健康发展、抗生素的科学控制以及抗生素抗性基因的相关研究提供参考。

东寨港红树林沉积物与水体中抗生素抗性基因的组成特征分析

【目的】通过探索海南东寨港红树林抗生素抗性基因(ARGs)的分布情况及微生物和ARGs之间的关联特征,了解红树林的抗性污染现状,为环境中抗性基因风险评估提供理论支撑。【方法】采用宏基因组学技术,探索海南东寨港红树林沉积物与水体中抗生素抗性基因的组成、多样性以及与微生物的相互关系。【结果】利福平抗性基因rpoB mutants、达托霉素类药物抗性基因rpoC、氟喹诺酮类药物抗性基因mfd、氨基香豆素抗性基因alaS、乙酰氧基耐药基因EF-Tu mutants、大环内酯类抗性基因macB以及异烟肼耐药基因katG是海南东寨港红树林水域的优势基因。沉积物和水体中抗生素抗性基因种类组成相似,但水体中抗性基因的多样性皆高于沉积物。NMDS分析发现,沉积物与水体ARGs的组成、分布明显不同。ARGs与微生物类群的关联分析表明,α-变形菌纲、γ-变形菌纲、β-变形菌纲以及黄杆菌纲是与ARGs关联较强的主要微生物类群,占比高达70%。水体中抗性基因主要来源于α-变形菌纲、β-变形菌纲和黄杆菌纲,而沉积物中抗性基因主要来源于γ-变形菌纲和δ-变形菌纲。【结论】红树林沉积物和水体中具有不同的ARGs组成特征,沉积物与水体具有不同的抗性基因风险特征,因此对红树林耐药微生物和ARGs进行生态监测和治理时,除重点监测微生物的组成特征外,还应关注水体中ARGs的变化规律,从而预测海南东寨港红树林沉积物微生物的耐药性风险。

基于16S rRNA研究铜污染对土壤细菌群落、抗生素抗性基因及基因转移的影响

对经0、200、400 mg·kg^(-1)Cu^(2+)处理的3个种植池土壤分别采样,并对所有样品进行16S rRNA高通量测序。结果表明:铜污染改变了土壤中的细菌群落结构,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)与基因水平转移(horizontal gene transfer, HGT)相关基因的丰度随Cu^(2+)浓度的升高而增加。富集的抗性基因大多为多药耐药基因。这表明铜胁迫会改变土壤中细菌群落结构,促进HGT,同时使ARGs富集。

污水处理中抗生素抗性基因的研究现状及热点分析

在Web of Science数据库和CNKI数据库中进行主题词检索,通过CiteSpace 6.1. R6对发文量趋势、发表国家机构、重点研究方向等进行可视化分析,并绘制知识科学图谱,探究抗生素抗性基因(ARGs)在污水处理领域的研究现状、热点问题以及发展趋势。结果表明:关于ARGs在污水处理领域的研究发文数量呈现快速增长态势;我国在该领域的研究起步较晚,但发文量远高于其他国家,占Web of Science中总发文量的37.166%,具有一定的影响力;目前该领域的研究主要围绕抗生素、宿主细菌、处理工艺、制药及养殖废水等方面展开,未来的研究重点将放到环境污染物与ARGs的共选择机制、抗性基因与微生物群落的相关性、环境风险和健康风险等方面。

城镇污水处理厂抗生素抗性基因的环境传播途径与机制

城镇污水处理厂是抗生素抗性基因(ARGs)发生转移、传播的重要场所,同时也是环境中ARGs污染的主要来源。对城镇污水处理厂中ARGs向环境介质中的传播途径、影响因素与传播机制进行了综述。结果表明,ARGs可通过出水排放、污泥土地施用、再生水灌溉、气溶胶逸散等途径迁移至环境介质(如受纳水体、土壤、空气)中;ARGs在环境介质中的扩散和存留行为受介质理化性质影响;ARGs在环境介质中主要通过可移动遗传元件(MGEs)介导的水平基因转移(HGT)传播耐药性。

冬季天津临港复合型人工湿地对抗生素抗性基因的去除效果

环境中耐药菌和抗生素抗性基因(ARGs)因抗生素的大量应用而广泛存在,影响抗生素对疾病的治疗效果,对人体健康和生态安全构成威胁。研究表明人工湿地(CWs)能够有效去除ARGs,但目前对于北方冬季复合型CWs对ARGs的去除效果尚不明确。以天津临港复合型的CWs(调节塘+水平潜流湿地+表流湿地工艺)为研究对象,开展冬季其对ARGs去除效果的研究;针对不同功能区采集水体样本,采用高通量荧光定量PCR对水体中16S rRNA基因、ARGs、可移动遗传元件(MGEs)及细菌种群组成进行检测,综合分析CWs对ARGs的去除效果,探讨冬季运行期间影响去除效果的关键因素。结果表明:冬季水体中表征细菌数量的16S rRNA基因绝对丰度为2.70×10^(4)~1.41×10^(5)拷贝/mL;ARGs总检出率为72.5%,其中floR和sul2并非源于进水。各ARGs在不同功能区的丰度差异明显,不同功能区对ARGs的去除效果也存在明显差异。整体来看,CWs对氨基糖苷类抗性基因和多重耐药基因的去除效果最好,总绝对丰度去除率分别为85.59%、47.78%,总相对丰度去除率分别为97.09%、89.44%;对β-内酰胺类抗性基因去除效果最差,总绝对丰度和相对丰度去除率分别为−404.40%、−2.01%。调节塘、水平潜流湿地、表流湿地对ARGs总绝对丰度去除率分别为38.05%、−7.78%和−2.41%;总相对丰度去除率分别为75.02%、−45.60%和−7.75%,不同功能区的去除效果表现为调节塘>表流湿地>水平潜流湿地,其中调节塘对除四环素类抗性基因外的其他ARGs的绝对丰度均有较好的去除效果,水平潜流湿地对磺胺类抗性基因去除效果较好,表流湿地对大环内酯类抗性基因有一定的去除效果。冬季低温、MGEs、不同工艺类型功能区及其运行时间是ARGs去除效果的关键影响因素,ARGs对细菌宿主的非选择性促进了其在天津临港CWs系统中各种细菌类群间的迅速传播。建议今后加强CWs对新污染物ARGs去除效果的优化技术研究。

野生鸟类介导抗生素抗性基因传播的研究进展

细菌的抗生素耐药是重大的公共卫生问题,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)可能会在人类、动物和环境微生物组之间水平转移,使其相互依存的生态系统与公共卫生之间存在潜在关联性。鸟类是地球上种类繁多的物种之一,它们的跨距离传播可能会加速耐药基因在全球范围内的扩展,带来一定的健康风险。本文综述了野生鸟类介导抗生素抗性基因在生态环境中的主动传播,提出其作为传播媒介的重要性,并分别阐述了城市留鸟和候鸟对抗生素抗性基因的传播作用,着重突出了候鸟跨地区传播的作用,总结出野生鸟类介导抗生素抗性基因的传播是尤为重要的研究方向。

粪肥还田对土壤-植物系统中抗生素和抗性基因分布特征的影响研究综述

粪肥还田对土壤-植物系统造成了抗生素和抗性基因(ARGs)的污染,具有潜在环境风险。本文系统总结了粪肥、土壤、植物中抗生素和ARGs的分布特征,分析了土壤-植物系统中的关键影响因素。通过分析发现,微生物长时间处于低抑制浓度的抗生素和重金属环境中容易诱导ARGs的产生,粪肥还田和改良土壤中抗生素浓度和ARGs丰度存在明显的地理分区和粪肥种类差异。总体来看猪粪和鸡粪肥及对应土壤中的抗生素和ARGs残留高于牛粪肥,叶类与茄科类蔬菜容易富集抗生素及ARGs。粪肥类型、植物种类、土壤理化性质、重金属以及微生物群落等均影响土壤-植物系统中的抗生素和ARGs的分布规律;粪肥中抗生素向土壤和植物的迁移受抗生素特性的影响较大,且其浓度随跨介质迁移过程不断降低;细菌群落显著影响ARGs的迁移,ARGs在从土壤到植物的迁移过程中可被稀释100~1000倍。未来需加强有机肥产品中抗生素及ARGs的浓度控制标准以及环境中ARGs的产生与迁移机制等研究。本综述旨在全面揭示土壤-植物系统中抗生素及抗性基因的分布特征及影响因素,为科学有效应对微生物耐药性的跨介质迁移提供基础。

我国土壤中抗生素抗性基因污染的消减策略

近年来,土壤环境的抗生素耐药性问题日益严重并逐渐成为威胁人类和动植物健康的全球性挑战。抗生素抗性基因(ARGs)是耐药性在土壤中传播的重要载体和指示物质,寻找合适的策略以降低其在土壤中的丰度及传播风险是当前和今后一个时期深入推进生命-生态一体化健康的主攻方向。ARGs进入土壤的途径主要包括粪肥施用和废水灌溉。针对不同来源,利用好氧堆肥和厌氧消化等阻控技术可从源头有效阻止ARGs进入土壤。当ARGs不可避免地进入土壤后,则仍需前瞻性研究和使用噬菌体、生物炭等ARGs污染土壤原位修复技术并深入开发植物间作等调控技术以构建免疫型土壤微生态环境。该文从阻控、修复和调控3个技术层面对ARGs去除效果和技术优劣势进行归纳,以期为土壤ARGs消减的技术开发和实际应用提供参考。

环洞庭湖土壤抗生素抗性基因分布和潜在风险

本研究通过实时荧光定量PCR和基于Monte Carlo模拟的概率健康风险评估模型,分析了环洞庭湖流域52个表层土壤点位中8类典型抗生素抗性基因(ARGs,16种ARGs亚型)的分布特征和潜在健康风险.结果表明,环洞庭湖流域周边表层土壤中ARGs总丰度范围为3.29×10^(7)~3.73×109copies/g,远高于土壤ARGs背景值(1.80×10^(5)~1.35×10^(7)copies/g,平均值为3.03×106copies/g).南洞庭湖流域表层土壤中ARGs丰度高于东、西洞庭湖流域.磺胺类、四环素类和氨基糖苷类ARGs是高丰度的ARGs类型,平均丰度分别为1.51×10^(8)、1.50×10^(7)和2.64×10^(7)copies/g,主要ARGs亚型是sul1和dfrA14,均属于磺胺类ARGs.I类整合子基因(intl1)的平均丰度为6.94×10^(8)copies/g,高于总ARGs平均丰度.相关性分析表明intl1丰度与dfrA14、tetR和kan基因丰度呈显著正相关(P<0.05),表明intl1通过水平基因转移促进了研究区域表层土壤中ARGs的传播.Monte Carlo模拟表明,研究区域存在64.92%~98.68%概率的ARGs人体暴露剂量高于风险背景值(成人12.56copies/(g·d),儿童38.11copies/(g·d)),表明研究区域土壤ARGs造成的潜在健康风险不可忽视,皮肤接触是ARGs主要暴露途径,磺胺类ARGs是潜在健康风险的主要来源.