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畜禽養(yǎng)殖廢水農(nóng)田利用對土壤和植物中抗性基因的影響

　　由于畜禽養(yǎng)殖廢水中富含有機質(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，通常經(jīng)過厭氧發(fā)酵、氧化塘等工藝處理后，作為肥水還田利用，這既節(jié)約了處理成本，也促進了養(yǎng)分循環(huán)利用，目前我國、美國、歐洲等國家都推行畜禽養(yǎng)殖廢水的農(nóng)田利用.然而，畜禽養(yǎng)殖廢水農(nóng)田利用可能產(chǎn)生抗性基因從養(yǎng)殖場向農(nóng)田土壤的傳播風(fēng)險.

　　土壤是重要的抗性基因儲存庫，其中主要的抗性基因來源包括土壤中固有的抗性微生物所攜帶的抗性基因，以及外源進入土壤中抗性微生物所攜帶的抗性基因，但有關(guān)土壤中抗性基因的研究較為缺乏.)指出豬糞施用于農(nóng)田存在抗性基因的水平轉(zhuǎn)移風(fēng)險，由于糞源微生物與土壤微生物不同，糞源微生物進入土壤后在幾個月中大量消失，但抗性基因可通過水平轉(zhuǎn)移進入土壤本土微生物中，進而引起土壤微生物抗性基因豐度的增加.而研究發(fā)現(xiàn)牛糞農(nóng)田利用引起土壤中抗性基因blaCEP豐度的提高是由于攜帶抗性基因的假單胞菌(Pseudomonas sp.)和紫色桿菌(Janthinobacterium sp.)的增殖，而這兩種細(xì)菌來自于土壤，而非糞便引入.糞便農(nóng)田利用可引起抗性基因豐度提高，但其微生物學(xué)機制仍不明確.

　　畜禽養(yǎng)殖廢水還田利用一定時間內(nèi)會顯著提高土壤中抗性基因豐度.對北京某豬場周邊土壤四環(huán)素抗性基因進行了定量檢測，發(fā)現(xiàn)豐度較高的四環(huán)素類抗性基因為tetB/P、tetT、tetM、tetO和tetW，其基因拷貝數(shù)范圍在106~108 copies · g-1 DM，并認(rèn)為tet抗性基因存在由畜禽養(yǎng)殖向土壤的轉(zhuǎn)移.的研究發(fā)現(xiàn)，豬場廢水農(nóng)田利用后土壤中抗性基因tetQ、tetZ和整合子intI1、intI2分別提高了500、9和6、123倍.的研究發(fā)現(xiàn)，施用豬場厭氧消化液的土壤中四環(huán)素類抗性基因豐度為105～108 copies · g-1，顯著高于未施用豬場廢水的土壤，而作物類型對抗性基因的豐度影響較小.)研究了抗性基因沿土壤深度的變化，結(jié)果表明tetO、tetW、tetM、tetA豐度沿土壤深度在0~80 cm逐漸降低.)發(fā)現(xiàn)，飼料中添加磺胺嘧啶顯著影響豬糞還田后土壤中sul抗性基因的變化，添加磺胺處理組在第60 dsul1抗性基因豐度降低至10-3 copies/16S rRNA、而sul2升高至10-1 copies/16S rRNA，飼料未添加磺胺嘧啶處理組sul1和sul2均呈現(xiàn)降低趨勢，豐度分別為10-6和10-5 copies/16S rRNA研究了施用豬糞的玉米根際土壤與非根際土壤微生物群落變化，結(jié)果表明根際土壤sul1和sul2抗性基因略低于非根際土壤，可能與根際環(huán)境磺胺嘧啶降解速度快有關(guān)，而sul基因常與質(zhì)粒結(jié)合，根際土壤是質(zhì)粒發(fā)生結(jié)合轉(zhuǎn)移的熱點區(qū)域.考察了土壤類型對抗性基因的影響，發(fā)現(xiàn)壤土中sul2基因豐度高于砂土.)采用宏基因組文庫研究了土壤中不可培養(yǎng)細(xì)菌攜帶的抗性基因，結(jié)果表明豬糞還田的土壤攜帶四環(huán)素類、利福平、氨基糖胺類、氯霉素類抗性基因.同未施用畜禽糞便的土壤相比，發(fā)現(xiàn)施用豬糞的土壤中大環(huán)內(nèi)脂類抗性基因(ermA、ermB、ermF等)和質(zhì)粒(IncQ、IncW)豐度有提高.發(fā)現(xiàn)攜帶多重抗性的質(zhì)粒IncP-1ε在糞便施用后的土壤中擴散.

　　在畜禽養(yǎng)殖糞污還田利用時，不同種類抗性基因隨時間的消減規(guī)律各不相同.指出施用豬糞后，土壤中抗性基因表現(xiàn)出先增加后降低趨勢，但抗性基因相對豐度在1年的施肥間隔后無法回到本底值，尤其是sul1、ermB、strB、intI1、IncW repA在土壤中豐度較高.的研究發(fā)現(xiàn)，豬糞還田后sul1、sul2、ermF快速升高，隨后ermF消減速度zui快，在施肥43~55 d后降至本底水平，而tetG、tetO、tetW在施肥土壤和控制土壤中無差異;并且作者指出糞便還田后1~2個月內(nèi)土壤抗性基因豐度較高，應(yīng)采取措施防止抗性基因進入水體或鄰近土壤中.不同類型抗生素的抗性基因在土壤中恢復(fù)本底值的時間不同，例如，MLS抗性基因恢復(fù)到土壤本底值需要20 d，sul1需要2個月，而四環(huán)素類抗性菌株需要6個月.關(guān)于畜禽養(yǎng)殖廢水對養(yǎng)殖場受納水體的影響，發(fā)現(xiàn)豬場氧化塘下游河流中250 m仍可得四環(huán)素抗性基因tetM.研究了福建閩江流域E. coli的耐藥性，畜禽養(yǎng)殖廢水可能是該流域抗生素耐藥率高的重要因素，河水分離的E. coli中41%攜帶一類整合子，整合子介導(dǎo)的抗性基因包括aadA1、drfA1、drfA27、arr3等.

　　有關(guān)土壤環(huán)境中重金屬與抗生素抗性基因的研究較少.指出土壤中Cu含量(0~140 mg · kg-1DM)與tetM、tetW、ermB、ermF具有相關(guān)性，且blaOXA與Cu具有極顯著相關(guān)性;Zn含量(0~38 mg · kg-1DM)與所測抗性基因的相關(guān)性不顯著;因此畜禽養(yǎng)殖糞污在土壤環(huán)境中可能存在重金屬與抗生素抗性基因的協(xié)同選擇問題，需要進一步開展研究.

　　畜禽養(yǎng)殖廢水澆灌蔬菜引起蔬菜攜帶抗性基因和耐藥菌的研究非常少，然而該途徑可能是畜禽養(yǎng)殖源抗性基因進入食物鏈的途徑之一.對施用雞糞種植的蔬菜內(nèi)生菌進行了耐藥性測試，發(fā)現(xiàn)芹菜、小白菜、黃瓜中頭孢氨芐耐藥菌的比例分別為16.9%~86.33%、21.76%~91.31%和0.21%~0.44%，蔬菜內(nèi)生菌具有抗生素抗性的原因可能是耐藥菌通過土壤進入植物，或者由于土壤中抗性基因被植物吸收，這需要進一步深入研究.的研究發(fā)現(xiàn)，施用豬糞的蔬菜表皮抗性基因的檢出率較高，包括IncP oriV、sul2、tet(BT)、ermAF、qnrB、blaPSE和blaOXA20等抗性基因，并指出人類直接食用蔬菜是一種接觸土壤耐藥菌和抗性基因的途徑.

　　6 結(jié)語與展望

　　盡管近年來畜禽養(yǎng)殖廢水處理與利用過程抗性基因已開展了一定的研究，但現(xiàn)有研究較多采用現(xiàn)場調(diào)研方式，對抗性基因的轉(zhuǎn)歸機制和去除研究不足，缺乏畜禽養(yǎng)殖廢水生物處理與農(nóng)田利用全過程中抗性基因的系統(tǒng)性研究，難以提出抗性基因減控的有效策略.因此，本文提出如下研究展望：

　　1)已有研究大多針對畜禽養(yǎng)殖廢水生物處理和農(nóng)田利用過程中四環(huán)素類與磺胺類抗性基因的分布規(guī)律，但有關(guān)β內(nèi)酰胺類、喹諾酮類抗性基因及其耐藥菌的研究較為缺乏，而后者抗生素多用于人類疾病治療，建議今后加強這方面的研究.

　　2)畜禽養(yǎng)殖廢水抗性基因的消減機制尚不明確.現(xiàn)有畜禽養(yǎng)殖廢水中抗性基因消減規(guī)律的研究不多，對抗性基因消減規(guī)律的解析不足.已有研究主要考察生物處理對抗性基因豐度消減的影響，較少關(guān)注功能菌群、工藝操作參數(shù)、環(huán)境參數(shù)與耐藥菌群結(jié)構(gòu)(抗性基因宿主細(xì)菌)的相互關(guān)系.

3)不同畜禽養(yǎng)殖廢水和土壤類型、抗性基因類型對養(yǎng)殖廢水農(nóng)田利用抗性基因的傳播規(guī)律不可一概而論，缺乏系統(tǒng)性的機制研究.需要從畜禽養(yǎng)殖廢水生物處理和農(nóng)田利用全過程對耐藥菌、抗性基因轉(zhuǎn)歸和控制措施進行系統(tǒng)研究和綜合評價.

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