【摘 要】
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在中国,抗生素被广泛用于人类和动物疾病的治疗,农业和畜牧业还大量使用抗生素作为生长促进剂,这使得抗生素在河流的水体和沉积物、土壤和污水处理厂等各种环境介质中残留。抗生素在环境的大量残留使其以养殖水源水的形式进入养殖环境并导致了其在水产品中的积累,影响了水产生物机体内的微生态平衡,直接诱导了抗性菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)和抗生素抗性基因(antibiot
【基金项目】
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国家重点研发计划(2019YFD0900402); 中国水产科学研究院基本科研业务费专项资金(2020TD54); 现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-48); 广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金(2019KJ149);
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在中国,抗生素被广泛用于人类和动物疾病的治疗,农业和畜牧业还大量使用抗生素作为生长促进剂,这使得抗生素在河流的水体和沉积物、土壤和污水处理厂等各种环境介质中残留。抗生素在环境的大量残留使其以养殖水源水的形式进入养殖环境并导致了其在水产品中的积累,影响了水产生物机体内的微生态平衡,直接诱导了抗性菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的产生。ARGs在水产养殖环境中水平传播并转移到水产生物体内的致病菌中,最终有可能对养殖动物甚至是人体健康造成威胁。虽然抗生素的科学使用有助于水产养殖业的健康发展,也曾创造了良好的效益,但随着抗生素及其ARGs残留问题日趋严重,近年来已受到广泛关注,目前许多研究均表明已有不同种类的ARGs在水产养殖环境中传播。渔用氧化剂和芽孢杆菌都是水产养殖中常用的添加剂,被大量应用于养殖生产实践,而其对养殖环境中ARGs的影响却少有报道,因而值得研究。本研究选用水产养殖中常用的渔用氧化剂-次氯酸钠、二溴海因和高锰酸钾以及常用益生菌-枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)TY7210,以大肠杆菌(Escherichia coli)SR1和携带磺胺类抗性基因sul1的质粒p MD18-T作为模式抗性菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)和ARGs。为探讨利用渔用氧化剂去除养殖环境中ARGs并控制其传播的可行性,首先在磷酸盐缓冲液(PBS)体系中(25℃,p H=7)研究了三种浓度(0.5 mg/L、5 mg/L和15 mg/L)的渔用氧化剂对SR1和sul1的灭活/去除作用,并根据Chick-Watson模型建立了消毒过程的动力学模型,解释三种渔用氧化剂消毒ARB/ARGs能力的强弱。其次,选用池塘水为体系来进一步研究模式ARB/ARGs(SR1和sul1)在池塘养殖水体系中的消毒效果,并验证前期PBS体系所得到的动力学模型,分析池塘水环境对ARGs去除的影响。最后,将渔用氧化技术应用到池塘水中来研究其对原生ARB和ARGs的去除作用。为研究枯草芽孢杆菌对养殖水环境中sul1的影响,选用枯草芽孢杆菌为模式益生菌,研究其在含质粒p MD18-T(携带sul1)的池塘水体系和含有大肠杆菌SR1的池塘水体系中对sul1含量的影响及枯草芽孢杆菌是否会获得池塘水环境中的外源sul1(所选池塘水中包含原生细胞外sul1)。研究结果表明:1.三种渔用氧化剂次氯酸钠、二溴海因和高锰酸钾灭活/去除模式ARB/ARGs过程的动力学模型在PBS体系中可被确定。三种渔用氧化剂中,活性氯对大肠杆菌SR1具有最强的灭活能力,对应的二级反应动力学常数k=6.36×104 M-1·s-1,其次是二溴海因(k=1.16×104 M-1·s-1)和高锰酸钾(k=2.63×102 M-1·s-1)。活性氯和活性溴去除细胞外抗性基因(extracellular antibiotic resistant genes,e ARGs)过程的二级反应动力学常数k值分别为1.42 M-1·s-1和1.68 M-1·s-1。活性氯和活性溴去除细胞内抗性基因(intracellular antibiotic resistant genes,iARGs)过程的k值分别为1.54-1.89×102 M-1·s-1和1.71-1.76×102 M-1·s-1。活性氯和活性溴与ARGs反应能力均处于中等水平(10-1000 M-1·s-1)。k值表明ARGs的去除滞后于ARB的灭活,iARGs的去除过程接近于e ARGs的去除过程(p=0.7)。动力学模型为科学评价渔用氧化剂的ARB/ARGs消毒能力强弱提供了依据。在池塘水环境中,动力学数据被部分验证以用于预测模式ARB/ARGs灭活/去除效果。5 mg/L的三种渔用氧化剂可以完全灭活大肠杆菌SR1,15 mg/L的渔用氧化剂可以有效去除iARGs,15 mg/L的活性氯和高锰酸钾可以有效去除e ARGs。2.池塘水环境中原生ARB/ARGs去除研究的结果表明:iARGs的浓度远高于e ARGs的浓度,ARB灭活为ARGs去除的重要影响因素。氯化作用和溴化作用对iARGs的去除效果显著强于其对e ARGs的去除效果。三种渔用氧化剂中,15 mg/L的活性氯对池塘水环境中的ARGs去除效果最好(1.0-log),因此养殖生产中科学运用含氯氧化剂可有效去除池塘水环境的ARGs从而控制其传播。3.池塘水环境中,枯草芽孢杆菌对sul1的浓度无显著影响,且过程中其未获得sul1抗性,初步表明水产养殖中枯草芽孢杆菌的应用不会促进sul1的传播,有利于推动无抗养殖。
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