河流环境中四环素抗性基因的污染来源表征及水平转移研究

具有"可复制和传播、难消亡且环境持久"等特性的抗生素抗性基因（ARGs），已成为比传统化学污染物更可怕、更难研究和控制的一类"新型污染物"。本项目以广东北江及其沿岸具有代表性的城市污水处理厂、农业和养殖业等环境中抗四环素菌株及其抗性基因tet作为主要研究对象，采用液相色谱-质谱-质谱（LC-MS-MS）、基因克隆、限制性片段长度多态性分析（PCR-RFLP）以及荧光定量PCR分析（qPCR）等化学和生物学定性定量技术和方法，研究环境中四环素及其肠杆菌抗性菌株和抗性基因污染水平、空间分布及其生物同源性，探索并建立表征抗性基因污染来源的化学-生物学新方法。同时，结合实验室动态水槽（FLUME）模拟以及钻孔沉积记录等，进一步研究河流环境中抗性基因的水相-沉积相交换和分配以及抗性基因水平转移和传播过程等环境行为，为了解抗性基因污染现状、来源和污染控制提供数据基础和科学依据。

具有"可复制和传播、难消亡且环境持久"等特性的抗生素抗性基因（ARGs），已成为比传统化学污染物更可怕、更难研究和控制的一类"新型污染物"。本项目以广东北江及其流域环境中抗生素及ARGs作为主要对象，探索其污染水平、空间分布、来源及其生物同源性，为ARGs污染控制提供了数据支撑。通过建立和完善不同环境抗生素和ARGs的定性和定量方法，分析了全流域大量样品。研究发现，水中磺胺甲恶唑和氯霉素类的检出率达100%，主要是磺胺甲恶唑（14.7ng/L）和阿奇霉素（25.0 ng/L），表现为下游高于中上游；沉积物中以阿奇霉素（35.9 ng/g）、氧氟沙星（5.4 ng/g）和四环素（3.3 ng/g）为主，主要集中于中、下游。抗生素的存在和分布主要与其理化性质（水溶性和稳定性等）及人类活动等因素有关。在湿季，所有22种ARGs均可检出，且都含有多种ARGs；而在干季，四环素和磺胺类ARGs检出率分别达80%（丰度范围为1.58×10-3-1.41×10-2）和93%（4.30×10-6 -13.20），远高于国外同类研究结果。宏基因组分析结果表明ARGs以多重耐药性ARGs为主。虽然水样中氯霉素和四环素含量较低或未检出，但其ARGs却普遍存在。这说明其存在与污染源的直接排放、ARGs的可复制性和持久性等特性有关；沉积物中以磺胺类和四环素类ARGs为主，很多样品ARGs检出率超过50%的包括sulI、sulII（105-107copies/ng DNA）、tetA、tetC和tetW（102-105copies/ng DNA）。受人类活动影响的ARGs基因型、基因亚型和抗性机制分析结果显示，ARGs以杆菌肽类以及β-内酰胺类ARGs为主，其存在主要受养殖业和医疗用抗生素的影响。主要污染源环境（某些养殖场及其周边土壤）介质中9种tet-ARGs的分析结果表明，除tetD之外，其他8种ARGs均可检出，其中tetG的检出率达94%，tetC和tetG的丰度达108量级，其他ARGs丰度也在102-105量级。北江上游某县级污水处理厂出水（直排入江）均发现对磺胺、四环素和红霉素有耐药性的细菌，且抗生素浓度也远高于北江其他采样点，表明这些污染源中高浓度的抗生素和ARGs是河流环境ARGs的重要来源，但河流中抗生素并不一定是导致ARGs的主要因素。