农田土壤磺胺类抗生素及抗性基因污染调查研究

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磺胺类药物作为广谱抗菌类药物被大量使用,其价格相对低廉,性价比高,常被作为畜禽以及水产养殖中治疗多种细菌感染的药物。但动物很难将其完全吸收,使大多数药物以动物粪便和尿液形式排泄到环境中。在环境中经过迁移转化,进入到生物体内,从而普遍存在于环境及动植物中。由于抗生素的选择压力,部分微生物在环境中会产生耐药性,经过迁移扩散,造成环境中抗性基因的污染。采集新乡、项城两地区市区周边农田休耕期及耕作期的土壤样品,采用高效液相色谱法测定了农田土壤中磺胺类化合物(磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑和磺胺间甲氧嘧啶)的残留量。结果显示,新乡休耕期及耕作期三种磺胺类药物检出率都是96.45%,检出量分别为ND162.88μg·kg-1和ND139.78μg·kg-1,平均浓度为86.94μg·kg-1和38.15μg·kg-1。项城地区3种磺胺类药物休耕期和耕作期检出量为4.3212.80μg·kg-1,ND125.63μg·kg-1。平均检出量为94.50μg·kg-1和73.63μg·kg-1,药品检出率为100%、96.45%。两个地区不同时期土壤中磺胺类药物检出量不同,休耕期的含量高于耕作期。不同地区磺胺类药物检出的残留药物不同,项城检出的主要药物是磺胺嘧啶,磺胺甲恶唑以及磺胺间甲氧嘧啶在该地土壤中残留浓度较低。两地区土壤中药品的平均检出量低于生态风险效应触发值,但项城休耕期样品中53%的超出限定标准,耕作期浓度有所降低,依然有21%的样品超出限定值,对当地土壤环境具有高的环境风险,需要引起关注和重视。检测土壤样品理化性质包括pH值、有机质、重金属(Zn、Cu、Pb、Cd),分析土壤理化性质对磺胺类药物残留的影响。结果显示,在这两个地区,耕作期土壤中的磺胺类药物更容易受到土壤理化性质的影响。pH值与土壤中磺胺甲恶唑检出浓度呈现显著负相关,而与磺胺间甲氧嘧啶、磺胺嘧啶的检出量没有相关关系。各采样点之间只有项城耕作期的磺胺间甲氧嘧啶与有机质的变化呈现负相关。这两个地区土壤中重金属Cd的均存在超标现象,项城耕作期土壤样品中的磺胺嘧啶与重金属Zn、Cd存在明显的负相关。单一环境因素对土壤中磺胺类药物的残留影响并不是很明显。采用PCR和q-PCR技术,研究新乡项城土壤中磺胺类抗性基因的检出率和丰度,并分析土壤抗生素及其理化性质对抗性基因的影响。结果表明:新乡土壤休耕期和耕作期sul2的阳性检出率都是96.4%,sul1的检出率则分别为60.7%和57.1%。未检测到sul3。项城与新乡检出规律相似,抗性基因阳性检出率sul2>sul1。不同时期对磺胺类抗性基因的检出几乎没有影响。这两个地区土壤中磺胺类抗性基因的平均浓度在10-410-2之间,土壤样品中sul2的检出率以及检出量都要高于sul1。新乡地区土壤样品休耕期sul1丰度仅与磺胺间甲氧嘧啶存在一定的相关性。sul2丰度与SMZ呈显著正相关(P<0.01),与pH值存在负相关(P<0.05)。耕作期土壤sul1、sul2丰度与磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑存在显著正相关,且sul2与土壤中重金属(Zn、Cd)存在负相关。项城休耕期土壤sul1、sul2丰度都与土壤中磺胺嘧啶含量存在明显的正相关(P<0.01)。耕作期土壤sul1与磺胺嘧啶存在显著正相关,sul2则与土壤中磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑都存在一定的相关性。
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