新疆地区典型水环境中抗生素及其抗性基因的分布特征

Antibiotics and the corresponding resistance genes (ARGs) are ubiquitous emerging contaminants in the aqueous environment. However, their environmental levels and distribution are not clear in Xinjiang region. Therefore, the present study will select five classes of antibiotics (i.e., fluoroquinolones, sulfonamides, tetracyclines, phenicols and macrolides), investigate their occurrence and distributional characteristics, and assess the pollution status of some related ARGs in the typical aqueous environment of the region. The waters and sediments will be sampled from the representative rivers, lakes and reservoirs and as well as aquiculture/livestock farms and wastewater treatment plants. The antibiotic concentrations and patterns will be analyzed. Furthermore, the samples will be collected from some river segments of the specified area in different seasons to elucidate the spatial and temporal distribution of the antibiotics. In order to assess the ecological health risks, the project will farther survey the existence of ARGs in the main aqueous environment, examine the influence of wastewater inlet to the rivers or lakes on the microbial communities, and screen the levels of the ARGs. Based on all the studies, we will summarize the distributional characteristics of the various antibiotics and their ARGs, and compare the distribution in the arid region with that reported in other areas. The project will reveal the environmental occurrence of the five classes of antibiotics and the corresponding ARGs in Xinjiang region, which are of great significance to better understand the pollution and risks of the emerging pollutants.

抗生素及其抗性基因(ARGs)是水环境中普遍存在的新兴污染物，然而其在新疆地区的环境水平与分布规律未见报道。本项目拟选取5大类抗生素(氟喹诺酮类、磺胺类、四环素类、氯霉素类、大环内酯类)，研究其在新疆典型水环境中的存在及分布特征，探索ARGs的污染状况。主要采集典型河流、湖泊、水库等环境水体中的水、沉积物样品，辅以养殖厂废水、污水处理厂进出水样品及污泥样品，检测其中抗生素浓度水平，分析其分布特征。选择重点区域，不同季节、河流断面采样，深入研究水-沉积物体系中抗生素水平的时空分布差异。调查重点水环境中抗生素耐药细菌的存在状况，分析污水排放对微生物群落结构的影响，重点筛检ARGs的含量水平，评价其生态健康风险。通过以上研究，总结新疆典型水环境中不同类别抗生素及其ARGs的分布特征，并结合干旱区水环境物质累积效应，探讨与其他地区该类污染物分布规律的异同，为其生态风险管理及污染防治提供理支持。

抗生素在人体和动物体内经过新陈代谢后，仍有大量的残余抗生素和抗生素代谢次级产物没有被吸收。目前使用广泛的抗生素种类有有四环素类、磺胺类、氟喹诺酮类、大环内酯类、β-内酰胺类、氯霉素类和氨基糖苷类抗生素等。.本项目系统研究了新疆地区典型河流、湖泊、污染源等环境水体中抗生素和ARGs的浓度水平和分布特征，深入探讨重点区域水-沉积物体系中抗生素浓度水平的时空分布差异，调查ARGs的环境水平，探索其污染特征和扩散机制，评价其生态与健康风险，并结合干旱区水环境中物质累积效应，探讨与其他地区该类污染物分布规律的异同，为新疆地区抗生素的生态风险性评价与污染控制/修复提供科学依据。.通过超高效液相色谱串联质谱法（UPLC-MS-MS）和实时荧光定量PCR技术对自然水域、城市污染源和污水处理厂等点源的四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素及其抗性基因的存在状况和污染水平进行定性定量分析。.以新疆主要河流、湖泊等自然水域，医院、养殖场等重点污染源和城市污水处理厂为研究对象。结果显示四环素类抗生素及其抗性基因在河流、湖泊等自然水域中均有不同程度的检出率和检出浓度，医院、养殖场等污染源中污染物的检出种类、检出率和污染水平相对较高。.研究发现，城市污水处理厂在抗生素及其抗性基因从污染源向自然环境传播过程中起到至关重要的作用。污水处理厂进水中各抗生素的平均浓度在几十至几百ng/L之间，去除率介于40%~80%，出水中仍有抗生素残留。污水处理系统经过氧化沟和A2/O等生物处理工艺将大部分抗生素抗性细菌和抗生素抗性基因去除，然后利用消毒工艺进一步去除。经过处理后，抗生素抗性细菌和抗性基因在污水中的含量降低90%。.本研究结果反映了新疆地区自然水域和污染源抗生素及其抗性基因污染状况，对人类健康和生态安全具有潜在的风险；此外，本研究结果为当地抗生素及其抗性基因的污染研究、风险评估和环境治理提供数据支持。