城市景观水体中抗生素抗性基因的分布特征及赋存形态研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songchanglei
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随着生活水平的提高,亲水活动越来越受到人们的欢迎,而城市景观水体的存在满足了人们对亲水休闲娱乐的要求,但其易受到污染并成为耐药菌传播的媒介,给人类健康构成了巨大的威胁。尽管目前人们已经认识到环境中抗生素抗性基因的危害,但对城市景观水体中的相关研究尚显不足。本研究以西安市景观水体为研究对象,考察其中抗生素抗性基因和耐药菌的分布情况。并且深入分析不同温度条件下,生物膜与水体中各种形态的抗生素抗性基因之间的相互关系,探索相关规律,以期揭示城市景观水体中抗性基因和耐药菌的分布特征及影响情况,为城市景观水体中抗生素抗性基因的传播控制提供科学依据。本研究选取西安市5处景观水体(丰庆湖、兴庆湖、思源湖、护城河、桃花潭)为研究对象,从2018年4月至2019年4月逐月采样。对水体的水温、溶解氧、p H、叶绿素a、总氮、总磷等8项水质指标进行检测。使用普通和荧光定量PCR检测水体中10种抗生素抗性基因(四环素类4种:tet A、tet B、tet G、tet M;磺胺类3种:sul1、sul2、sul3;β-内酰胺酶类3种:bla TEM、bla CTX-M、bla SHV)和Ⅰ型整合子(intⅠ),分析景观水体中抗性基因的分布情况;使用抗性平板培养法考察其中总异养菌群的含量及其对磺胺甲恶唑(SMZ)、四环素(TET)、环丙沙星(CIP)、氨苄西林(AMP)和头孢噻肟(CTX)的耐药率,同时对筛选出的80株耐药菌的耐药谱和抗性基因进行检测。利用室内模拟实验,了解水体中生物膜上抗性基因、细胞态抗性基因和游离态抗性基因的变化情况,分析不同温度下3者之间的变化趋势的区别和关联性。研究结果表明,5处景观水体中磺胺类抗性基因(sul1,sul2,sul3)、四环素类抗性基因(tet G,tet M)和intⅠ基因分布较为广泛,在采样周期内频繁检出,特别是intⅠ基因在5处水体中均有90%的检出率。在此基础上选取以上6种目的基因,检测分析各景观水体中ARGs和intⅠ基因相对丰度的变化情况。结果表明在各水体中,sul1、sul2基因相对丰度普遍较高,且均表现出sul1>sul2的情况,其余目的基因的分布情况各有差别,但均呈现出春季高于冬季的情况。同时,各水体间目的基因相对丰度检测情况也有差异,桃花潭中的目的基因的检出浓度相较于其他4处水体均较高,这可能与其作为污水厂出水受纳水体有关,丰庆湖与兴庆湖之间目的基因的相对丰度差别较小,说明不同补水来源的水体间ARGs浓度并未呈现较大的差别。对选定的两处水体兴庆湖和丰庆湖中的耐药菌检测,发现两处水体中耐药率的变化情况整体趋势相同,均呈现出冬季耐药率低于夏季的情况。筛选出的80株耐药菌的耐药谱的检测中,51.25%的耐药菌都是对AMP-CTX耐药的两重耐药菌。有13株菌为多重耐药菌,其中两株耐5种抗生素。对耐药菌的目的基因进行检测,发现tet G、tet A抗性基因分布较为广泛,特别是int I基因,检出率高达90%以上。将耐药菌的浓度与水质的指标进行相关性分析,结果显示,水温和磺胺甲恶唑和头孢噻肟耐药菌数量显著相关(p<0.05),其余的水质指标的和耐药菌含量的变化之间不存在相关性(p>0.05)。利用模拟实验,对不同温度下生物膜上ARGs和水中细胞态、游离态ARGs浓度变化进行检测,分析其变化情况与关联性。结果显示,15℃条件下各形态ARGs浓度均高于25℃条件下。同时发现,在反应条件为25℃时,随着生物膜上的tet G基因相对丰度逐渐降低,水中相应的细胞态和游离态的基因相对丰度会升高,而sul3基因相对丰度在各赋存形态中也会呈现出相同的变化趋势。但同样在25℃时生物膜上的sul1和sul2基因却会表现出截然相反的情况。当反应条件不同时,生物膜上的tet M基因的相对丰度均会在两种温度条件下表现出较大的差异。抗性基因种类和反应温度的不同,会影响3种抗性基因赋存状态的变化情况,进而导致相应的关联性也产生变化,这表明抗性基因种类和水温这两种因素会对3种赋存状态之间的关联性产生影响。
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