| 城市所研究揭示城市污泥長期農(nóng)用導(dǎo)致土壤中抗生素抗性基因污染 |
| 朱永官研究組 | 2016-04-09| |
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抗生素的大規(guī)模生產(chǎn)和使用已經(jīng)持續(xù)了70多年，極大地促進了人類的健康和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。然而，當前抗生素的大量使用或不恰當?shù)氖褂每梢詫?dǎo)致抗生素抗性的蔓延。因此，在2001年世界衛(wèi)生組織(WHO)已將抗生素抗性基因(ARGs)作為21世紀威脅人類健康的最重大挑戰(zhàn)之一，并將在全球范圍內(nèi)對控制ARGs進行戰(zhàn)略部署。2015年WHO再次提出要謹慎使用抗生素（Antibiotics: Handle With Care）。過去的十幾年研究表明農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的過量使用導(dǎo)致了細菌抗性基因的增加。ARGs的快速出現(xiàn)和擴散極大地影響了抗生素的治療效果，嚴重威脅人類健康。 抗生素抗性基因污染的兩個主要源頭是集約化養(yǎng)殖業(yè)和城市污水處理系統(tǒng)。在動物養(yǎng)殖業(yè)中,抗生素的使用極大地刺激了抗性基因的發(fā)展。動物腸道內(nèi)和糞便中含有豐富的抗性基因。與此同時城市污水匯集了包括醫(yī)療、工、農(nóng)業(yè)等各種廢水，而目前城市污水處理系統(tǒng)不能有效的去除廢水中的抗性基因，最終以污泥的形式排除。畜禽糞便和污泥資源化農(nóng)業(yè)利用是城市可持續(xù)生物地球化學(xué)調(diào)控的重要途徑。然而，未經(jīng)處理或處理不達標的畜禽糞便和污泥的直接添加無疑會導(dǎo)致抗性基因在土壤中的傳播擴散，并食物鏈最終對人類的健康構(gòu)成威脅。 盡管已有研究表明污泥和畜禽糞便作為有機肥可能導(dǎo)致土壤中抗性基因的積累，但是缺乏較為系統(tǒng)的研究，一方面，由于多數(shù)研究采用常規(guī)定量PCR只能針對幾種或十幾種的抗性基因，不能全面的反應(yīng)土壤中抗性基因的分布狀況；另一方面，多數(shù)研究停留在實驗室培養(yǎng)或短期的田間試驗，長期的定位試驗可以提供更為直接的數(shù)據(jù)，目前還缺少這方面的研究。 中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所，城市土壤和生物地球化學(xué)研究組朱永官團隊采用高通量熒光定量PCR系統(tǒng)（HT-qPCR）和高通量測序研究了長期的污泥和雞糞的使用對土壤ARGs豐度和多樣性。相較普通定量PCR，HT-qPCR單次反應(yīng)可超過5000個，可以同時定量分析多種抗性基因，本研究選用了296對引物，基本涵蓋了所有常見抗性基因和移動遺傳元件（MGEs）。此外，運用高通量Illumina測序方法分析了微生物群落變化。研究結(jié)果表明，土壤中主要的ARGs有β-內(nèi)酰胺類（β-lactams），四環(huán)素類（tetracyclines），多重抗藥性基因（multidrugs）；長期的污泥和雞糞的添加顯著的增加了土壤中ARGs的豐度（P < 0.05),單個抗性基因的最高富集倍數(shù)達3845倍（mexF）；移動遺傳元件的增加表明污泥和雞糞的添加可能會增加ARGs水平轉(zhuǎn)移（HGT)的可能性；基于mental test和VPA分析表明微生物群落結(jié)構(gòu)的變化是影響ARGs豐度和多樣性的主要因素。此外，通過網(wǎng)絡(luò)分析（Network analysis）得出了一些具有指示作用的抗性基因和可能的潛在抗性基因宿主的微生物。本研究成果為評價城市化和集約化農(nóng)業(yè)活動導(dǎo)致的抗生素抗性基因污染的風(fēng)險提供了理論依據(jù)，為我國畜禽養(yǎng)殖糞便以及污泥的資源化和安全利用提供借鑒。 該研究成果已于2016年3月21日發(fā)表在Environment International上(Qinglin Chen, Xinli An, Hu Li, Jianqiang Su, Yibing Ma, Yong-Guan Zhu. Long-term field application of sewage sludge increases the abundance of antibiotic resistance genes in soil) 全文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412016301064 doi:10.1016/j.envint.2016.03.026 該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰(zhàn)略重點研究項目的資助。
網(wǎng)絡(luò)分析（Network analysis）展示土壤中ARGs和微生物群落之間的關(guān)系
網(wǎng)絡(luò)分析（Network analysis）展示土壤中ARGs和微生物群落之間的關(guān)系
RDA和VPA分析土壤微生物群落對抗性基因的影響 |
