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北京市顺义区金鸡河流域土壤中抗生素抗性菌及抗性基因的分布特征

冯烁  
【摘要】:近些年来,中国规模化养殖业发展迅速。由于养殖密度大、畜禽疫病复杂多样再加上监管不力等多种原因,抗生素过量使用问题普遍存在,导致抗生素耐药菌(Antibiotic resistant bacteria,ARB)和抗生素抗性基因(Antibiotics resistance genes,ARGs)的污染日益严重,对环境安全和人体健康造成潜在的威胁。作为21世纪人类共同面临的环境风险,抗生素耐药性相关的研究也得到了越来越多的关注。本论文选择北京市顺义区金鸡河流域的6个镇作为研究对象,通过采集不同土地利用类型土壤样品,分析了养殖场、菜地、麦玉、果树、苗木、花卉等土壤环境中ARB和ARGs的分布规律,同时对应研究了典型土壤样品中微生物群落的结构特征。这对于研究北京市顺义区金鸡河流域不同土地利用类型ARB和ARGs的污染状况和分布规律、针对性地开展因地制宜的抗生素耐药性风险评价及污染治理具有重要意义。首先,在6个镇选取不同土地利用类型的土壤,共采集210个样品。考虑到金霉素(Chloratetracycline,CTC)和磺胺甲噁锉(Sulfamethoxazole,SMX)的用量最大、环境中残留浓度最高,故以这两种抗生素的抗性菌作为ARB的代表进行分析。经检测,这些土壤样品中耐CTC和SMX的抗性菌分布特征为木林镇张镇北小营镇龙湾屯镇杨镇大孙各庄镇。其中,SMX抗性菌在木林镇的检出率最高(均值为0.88×10~7CFU/g),从土地利用类型来看张镇的柏树庄村菜地的SMX抗性菌丰度最高为(1.91×10~8CFU/g);金霉素抗性菌在北小营镇的检出率最高,丰度最高的土地利用类型为木林镇菜地样品(1.52×10~7CFU/g);而不同土地利用类型的ARB的分布特征为养殖场菜地麦玉果树苗木花卉。接着,选取典型ARGs(sul1、sul2、dfr A1、tet W、tet G、tet X)以及Ⅰ类整合子(int I1)研究其与土地利用类型间的关系。结果表明,大孙各庄镇菜地sul2丰度最高(1.25×10~8copies/g);北小营镇菜地tet X丰度最高(1.25×10~8copies/g),龙湾屯镇菜地tet G丰度最高(6.8×10~7copies/g)。磺胺类ARGs(sul1、sul2、dfr A1)的检出率为100%,tet X与sul2呈正相关性(p0.05)。麦玉和菜地样品中的int I1显著高于其他土地利用类型(p0.05),故ARGs更容易发生迁移转化。最后,分析了土壤样品中微生物群落结构及其与ARB和ARGs的相关性。门水平上最多的为变形菌门,其次为放线菌门、衣原体门以及拟杆菌门。其中,大孙各庄菜地中变形菌门占比最高(46.40%),大孙各庄果树土壤样品中放线菌门占比最高(26.60%),张镇养殖场土壤样品中拟杆菌门的占比最高(16.90%)。在属水平上共检出1021个属,其中鞘脂单胞菌属、假杆菌、H16、Gaiella、玫瑰弯菌属以及微枝形杆菌属在各类土壤中的丰度相对较高,腐霉属细菌在菜地土地利用类型中的相对丰度为1.25×10~(-4),显著高于其他土地利用类型;链球菌以及诺卡氏菌属在麦玉土地利用类型中的相对丰度为6.25×10~(-5)和5.58×10~(-5),显著高于其他土地利用类型。相关性分析的结果表明,张镇养殖场检出sul2和tet G积累量最多且拟杆菌门(Bacteroidetes)也最多,这与相关性相吻合;木林镇麦玉土地利用类型中含有的诺卡氏菌属(Nocardioides)高于其他土地利用类型,而其含有的sul2、tet G以及tet X也高于其他土地用类型;龙湾屯镇果树土地利用类型中含有的H16高于其他土地利用类型,因H16与ARGs呈显著负相关(p0.05),所以龙湾屯果树利用类型含有的tet X、tet W、sul2以及sul1较少。


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