污水處理養(yǎng)殖糞便設(shè)備

畜禽糞便中重金屬如Cu、Zn、As等間接促進(jìn)了抗生素抗性基因的產(chǎn)生.如表 4所示，某些重金屬和抗生素具有相同的抗性機(jī)制，因此，在重金屬抗性增加的同時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致抗生素抗性的產(chǎn)生或加強(qiáng)(Ji et al., 2012).如Berg等(2010)通過(guò)未培養(yǎng)的方法，證明了Cu對(duì)四環(huán)素和*的抗性基因具有聯(lián)合選擇壓力.Silveira等(2014)研究了從各種環(huán)境中篩選出的腸球菌(Enterococcus)中Cu抗性基因和ARGs的聯(lián)合轉(zhuǎn)移情況

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微生物的Cu抗性對(duì)腸球菌中的多重耐藥性產(chǎn)生了選擇壓力，證明了Cu抗性基因(tcrB和cueO)在腸球菌中的水平轉(zhuǎn)移，并且這種Cu抗性的水平轉(zhuǎn)移同時(shí)伴隨著*、四環(huán)素、*、*、*、氨芐*等多種抗性的轉(zhuǎn)移.Nishino等(2007)研究了多重耐藥菌沙門氏菌中雙組分調(diào)控系統(tǒng)BaeSR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)調(diào)節(jié)因子baeR高效表達(dá)時(shí)，能夠顯著提高Salmonella enterica的多重耐藥性和Cu、Zn的抗性，baeR控制了mdtABC操縱子和tolC、acrD的表達(dá)，mtdABC和acrD同時(shí)決定了Salmonella enterica的多重耐藥性和Cu、Zn的抗性.

也就是說(shuō)，Cu和Zn的選擇壓力均會(huì)導(dǎo)致baeR的高效表達(dá)，進(jìn)而影響mdtABC操縱子和tolC、acrD的表達(dá)，從而導(dǎo)致Salmonella enterica抗生素抗性的增加.因此，在考察畜禽糞便土地利用對(duì)土壤中抗生素抗性基因的影響時(shí)，不僅應(yīng)該考慮抗生素類物質(zhì)，而且應(yīng)考慮Cu、Zn、As等微量元素的影響.

表4 具有相同抗性機(jī)制的重金屬和抗生素

 污水處理養(yǎng)殖糞便設(shè)備

土壤中土著細(xì)菌含有許多抗性基因，現(xiàn)在用于大規(guī)模生產(chǎn)的抗生素生產(chǎn)菌基本都來(lái)自于土壤.但是，同畜禽糞便相比，土壤細(xì)菌自身攜帶的抗性基因無(wú)論在數(shù)量上還是在自身屬性上均有很大區(qū)別.例如，在數(shù)量上，Yang等(2010)采用實(shí)時(shí)定量PCR方法，雖然沒(méi)有在美國(guó)洛杉磯國(guó)家公園土壤中檢測(cè)到tetB、tetC、tetW和tetO，但這些基因卻大量存在于其它受農(nóng)業(yè)活動(dòng)影響的276個(gè)土壤樣品中.

其次，從抗性基因?qū)傩詠?lái)看，土著細(xì)菌所攜帶的抗性基因大多同微生物正常的新陳代謝在一起，使微生物在低濃度的抗生素條件下生存，很少同水平轉(zhuǎn)移因子結(jié)合在一起(Baquero et al., 2009).但是，在較大的環(huán)境選擇壓力下，如畜禽糞便中所含的抗生素和重金屬，這些抗性基因會(huì)進(jìn)行復(fù)制，并轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)座子和質(zhì)粒上以獲得更高的抗性水平.而這些轉(zhuǎn)座子和廣譜的質(zhì)?；蛘咂渌幕驍U(kuò)散因子，進(jìn)入更大范圍的微生物，從而使抗性基因得到了傳播(Martínez2007 et al., 2007).

　　目前有關(guān)施用畜禽糞便的土壤中重金屬抗性基因的分布特征尚未見(jiàn)報(bào)道，但是施用含重金屬的有機(jī)糞肥后，土壤中微生物的重金屬和抗生素抗性均產(chǎn)生了明顯的變化.如Berg等(2010)的研究表明，含Cu有機(jī)肥進(jìn)行土地利用后，Cu的加入不僅增加了土著微生物的Cu抗性，而且間接增加了具有Cu抗性微生物的抗生素抗性.

　　總之，現(xiàn)階段畜禽糞便土地利用過(guò)程中抗生素、重金屬、抗生素抗性基因的分布特征研究多集中在單因素，不僅缺乏復(fù)合污染條件下抗生素抗性基因的遷移與傳播機(jī)制研究，而且重金屬抗性基因的遷移轉(zhuǎn)化有待進(jìn)一步明確，同時(shí)迫切需要深入研究畜禽糞便的施用頻率、施用量、施用時(shí)間和土壤類型、植物類型等對(duì)土地利用過(guò)程中抗生素和重金屬及其抗性基因賦存與轉(zhuǎn)歸的影響.

　　5 抗生素和重金屬抗性基因產(chǎn)生、轉(zhuǎn)移、分布的微生物學(xué)機(jī)理

　　抗生素抗性基因在不同環(huán)境中相互影響，并呈現(xiàn)一定的性.已有調(diào)查顯示，從未使用過(guò)抗生素的環(huán)境中，抗生素抗性基因的數(shù)量卻在逐年增加(Segawa et al., 2013)，這同抗性基因的傳播方式和途徑息息相關(guān).

　　現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的微生物對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性的機(jī)制主要有4種(Allen et al., 2010)：細(xì)胞通透性障礙、外排泵、抗性突變和抗生素失活機(jī)制.不同抗生素產(chǎn)生的抗性機(jī)制不一樣.以四環(huán)素抗性基因?yàn)槔?圖 1)，迄今為止主要有35種類型的四環(huán)素抗性基因，包括外排泵機(jī)制24種、抗生素失活機(jī)制1種、核糖體保護(hù)蛋白機(jī)制(抗性突變機(jī)制)10種(McArthur et al., 2013).一般在研究抗生素抗性基因分布的時(shí)候，往往選擇特定幾種抗性基因來(lái)研究，以四環(huán)素抗性基因?yàn)槔馀疟脵C(jī)制選擇tetG、tetA、tetC等較多，酶失活機(jī)制選擇tetX

核糖體保護(hù)蛋白機(jī)制選擇tetM和tetQ較多.這幾類四環(huán)素抗性基因在環(huán)境中豐度一般比較高，具有代表性.不同環(huán)境中并不是存在所有抗性機(jī)制的抗性基因，這可能同定量PCR方法有一定的檢測(cè)限有關(guān).如Zhu等(2013)采用定量PCR方法檢測(cè)到了28種四環(huán)素抗性基因中的22種.隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新的抗性基因也不斷被發(fā)現(xiàn).如Su等(2014)利用功能基因組學(xué)的方法，篩選了不同土壤環(huán)境樣品中多種抗生素抗性基因，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同已發(fā)現(xiàn)的抗生素抗性基因相比，氨基酸水平上只有2%的抗性基因的相似性在90%以上，67%以上抗性基因的相似性低于60%.這說(shuō)明環(huán)境中還有很多尚未被認(rèn)識(shí)的抗性基因.另外，微生物不斷進(jìn)化，人們相信新的抗生素抗性機(jī)制也會(huì)隨之產(chǎn)生(Karisetty et al., 2013).

圖 1 四環(huán)素抗性基因

水體、土壤和工業(yè)廢棄物中的許多微生物都表現(xiàn)出了對(duì)重金屬的抗性.同抗生素抗性基因一樣，重金屬抗性基因存在于染色體、質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子，有時(shí)兩者連接在一起.由于不同重金屬的電化學(xué)性質(zhì)不一樣，微生物對(duì)其抗性機(jī)制也有較大差別.現(xiàn)階段主要有6種重金屬抗性機(jī)制：細(xì)胞通透性障礙、細(xì)胞內(nèi)外螯合、外排泵、酶解毒和降低受體敏感性.目前針對(duì)環(huán)境樣品中重金屬抗性的研究比較多，但是針對(duì)重金屬抗性基因的研究比較少，大多是針對(duì)某個(gè)具體的微生物.

以Cu為例，研究較多的是黃單胞桿菌屬(Xanthomonas)中的抗性基因變化情況.如Behlau等(2013)研究了同柑橘相關(guān)的黃單胞桿菌屬中Cu抗性基因的變化情況，證明了Cu抗性基因復(fù)雜的來(lái)源.Abou-Shanab等(2007)的研究結(jié)果表明，各種重金屬的抗性基因都是大量存在于從含重金屬Ni豐富的土壤及庭薺根際中篩選出的G+菌和G-菌.