抗生素在环境中的迁移转化及生物效应研究进展

抗生素被长期大量地使用于人和动物的疾病治疗,同时作为饲料添加剂长期使用于畜牧业及水产养殖业。然而,大部分抗生素不能完全被机体吸收,大量的抗生素以原形或代谢物形式经由病人和禽畜粪尿排入环境,经不同途径进入土壤和水体,从而造成环境污染。多项研究显示在城镇废水和地表水中检测到了抗生素的存在,但关于抗生素在环境中的迁移转化及生物效应等研究资料很少。环境中的抗生素会对微生物、水生生物、土壤生物和植物等产生危害,并产生大量耐药菌,影响禽畜等的正常生长,进而对人类健康及整个生态系统构成威胁。为评估抗生素在环境中潜在的危害,本文就抗生素在环境中的迁移转化以及生物效应等多方面进行综述,并提出了今后研究的方向。     

某集约化肉鸡饲养场PM2.5中抗生素抗性基因的分布特征

集约化家禽饲养场是抗生素抗性基因(ARGs)的重要来源,而PM_(2.5)作为ARGs可能向人体暴露的重要途径还未得到很好地研究.本文采集了集约化肉鸡饲养场舍内PM_(2.5)和粪便以及舍外PM_(2.5)样品,利用荧光定量PCR(q PCR)进行一类整合子(int I1)、总细菌(16S r DNA)和6类共19种ARGs丰度的检测.结果显示,除blaGES-1和blaSHV-1之外,其余17种ARGs在6类样品中均有检出.磺胺类、四环素类、大环内酯类和氨基糖苷类抗性基因在舍内粪便中丰度较高,达到1. 04×109～3. 27×1010copies·g-1,粪便是饲养场PM_(2.5)中ARGs的主要来源.舍内PM_(2.5)中以磺胺类和大环内酯类抗性基因丰度较高,分别为(8. 9±1. 9)×107copies·m-3和(5. 6±3. 1)×107copies·m-3,且舍内PM_(2.5)中ARGs丰度明显高于舍外. PM_(2.5)质量浓度与16S r DNA、int I1和ARGs丰度呈显著正相关,表明集约化饲养场中PM_(2.5)是空气传播细菌、ARGs和int I1的储存库和传播者. 6类样品中int I1丰度均高于ARGs,同时int I1和ARGs的共存关系表现出了多药耐药性的威胁,易对饲养人员和家禽健康及周边空气环境造成危害.     

抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展

随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用,自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注.本文基于最新文献,综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术.现有研究表明,抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质,而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中,其污染水平更高.抗生素残留诱导产生抗性基因,其在环境中传播扩散与水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)和微生物群落结构组成有关.抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响,其中光照是影响其降解的重要因子;而在人工处理系统中,紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果,但并非全部有效.建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究,进而有效控制其环境含量,降低其污染水平.     

初始pH对厌氧环境下污泥中抗生素抗性基因行为特征的影响

污水处理厂产生大量的剩余污泥中含有丰富的抗性基因,给环境带来了潜在风险。以城市污水处理厂的剩余污泥为研究对象,在不同初始p H(对照组、初始p H=3、5、7、9、11)下观察厌氧条件下,8种抗生素浓度以及四环素类抗性基因(tet A、tet G、tet L、tet M、tet O、tet Q、tet W、tet X)、磺胺类抗性基因(sul I、sul II)和Ⅰ类整合子(int I 1)的行为特征。研究结果显示,初始p H对抗生素的降解影响较小,污泥中总抗生素的平均去除率为42%。对照组及初始p H为3、5、7、9、11下的总四环素类抗性基因分别削减0.65 log、0.96 log、0.75 log、0.62 log、0.86 log和0.98 log。不同四环素类抗性基因表现相似,在初始p H=3和初始p H=11下部分抗性基因削减较多,特别是tet A、tet G、tet L、tet O和tet X。2种磺胺类抗性基因均无削减,浓度平均上升0.18log。相关性分析显示,总抗性基因与TN、NH3-N、TP、SCOD(溶解性COD)均存在显著相关性(P0.05)。上述研究结果为污泥厌氧消化中抗生素抗性基因减量条件提供参考依据。     

配套养殖体系中部分抗生素的污染特征

采用超声提取-固相萃取-高效液相色谱串联质谱技术分析配套养殖体系粪便、水体和沉积物中4种磺胺类(SAs)、2种四环素类(TCs)、2种大环内酯(MLs)和2种喹诺酮类(QLs)抗生素的含量和分布特征.研究结果显示,在水体中共检出8种抗生素,浓度在ND—382 ng·L-1,2种四环素类抗生素未被检出,且水体中抗生素的浓度呈现旱季高于雨季;沉积物中共检出7种抗生素,其浓度分别在ND—3400μg·kg-1范围内,磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺甲噁唑(SMX)和罗红霉素(RTM)未被检出;在猪粪和鸭粪中均检出甲氧苄啶(TMP)、诺氟沙星(NFX)、脱水红霉素(ETM-H2O)和罗红霉素(RTM),同时猪粪中还检出2种四环素类,鸭粪中检出磺胺二甲嘧啶(SMZ)和环丙沙星(CFX),其中鸭粪中甲氧苄啶的最高浓度达到6.11 mg·kg-1.研究结果表明,不同介质中抗生素的含量存在一定差异,其中磺胺类抗生素在水体中浓度最高,喹诺酮类和四环素类在沉积物中的浓度最高;粪便中抗生素的种类与施药的种类密切相关,并且可能会加剧抗生素对水体环境的污染.     

氟苯尼考对海洋沉积物微生物活动的影响

通过室内模拟实验研究了氟苯尼考对海洋沉积物中细菌数量、呼吸作用、纤维分解作用的影响,并对不同来源沉积物中异养细菌的抗药性进行了分析.结果表明,培养前期 (7 d) ,较低浓度(10 mg/kg和100 mg/kg)的氟苯尼考刺激了沉积物中细菌的生长;高浓度 (500 mg/kg) 的氟苯尼考一直表现为对细菌生长的抑制作用,最大抑制率为22%.氟苯尼考对沉积物中纤维分解作用的影响明显,作用初期即产生抑制作用,且随着氟苯尼考浓度的增加影响越显著,其中高浓度(500 mg/kg)氟苯尼考对纤维分解作用的最大抑制率达91%.培养5 h后,氟苯尼考对沉积物呼吸有刺激作用;从24 h开始,则表现为对呼吸的抑制作用,且抑制作用随药物浓度增加而加强.实验最后阶段,不同浓度(10 mg/kg、100 mg/kg和500 mg/kg)的氟苯尼考对呼吸作用的抑制率分别为22%、32%和43%.另外,使用过抗生素的养殖区海洋沉积物中异养细菌产生了对氟苯尼考的抗药性,而且使用过氟苯尼考的区域沉积物中细菌的抗药性明显强于使用过其它抗生素的区域.图3表2参18     

紫球藻对沼液废水中氨氮、铜离子及抗生素磺胺二甲嘧啶的处理效果

微藻处理沼液废水是一项污水资源化处理的生物技术,将富含胞外多糖的紫球藻(Porphyridium cruentum)作为研究对象,以实际沼液废水中氨氮、铜离子(Cu~(2+))和抗生素磺胺二甲嘧啶浓度为对照,分别设置不同浓度上述污染物考察其对紫球藻生长的影响,并测定紫球藻对沼液废水中氨氮、Cu~(2+)和抗生素磺胺二甲嘧啶的富集效果。结果表明,培养10 d后,在正常培养基以及ρ(氨氮)分别为50、500和2 000 mg·L~(-1)培养基中紫球藻生物量分别为1.67、1.74、0.85和0.68 g·L~(-1);在正常培养基以及ρ(Cu~(2+))分别为0.5、1.0和2.0 mg·L~(-1)培养基中,紫球藻生物量分别为2.36、1.81、1.83和1.58 g·L~(-1);在正常培养基以及ρ(抗生素)分别为5、10、20、100和200 mg·L~(-1)培养基中,紫球藻生物量分别为1.60、1.18、1.42、1.30、0.98和0.88 g·L~(-1)。此外,在最佳氨氮、Cu~(2+)及磺胺二甲嘧啶浓度条件下紫球藻对各污染物去除率分别为73.2%、54.3%和56.9%。氨氮为紫球藻的生长提供了一定量营养盐,促进紫球藻生长;Cu~(2+)和高浓度磺胺二甲嘧啶则抑制紫球藻生长。紫球藻富含胞外多糖的特性为沼液废水中难处理污染物Cu~(2+)和抗生素等的富集去除提供了新的思路。     

地表水中10种抗生素SPE-HPLC-MS/MS检测方法的建立

应用固相萃取(SPE)-高效液相色谱-串联三重四极杆质谱(HPLC-MS/MS)技术,建立了地表水中10种抗生素(甲氧苄啶、氨苄西林、头孢氨苄、头孢噻肟钠、红霉胺、罗红霉素、螺旋霉素、磺胺甲恶唑、克拉霉素、夫西地酸钠)的分析检测方法.水样经过HLB小柱浓缩萃取之后,以反相色谱柱Shim-pack XR-ODS为分析柱,乙腈和0.1%甲酸-水溶液为流动相,采用HPLC-MS/MS多反应监测(MRM)离子模式进行分析.结果表明,所建立方法的方法检出限(MDL)为0.0056—3.9675 ng·L~(-1),基质加标回收率为50%—127%,平行样品间相对标准偏差均小于11%(n=6).该方法操作简单、定性定量准确,检出限低,能够满足测定地表水环境中抗生素痕量残留的分析要求.应用该方法测定了北京地区清河地表水中上述10种抗生素的残留状况.