郭瑞鵬，吳銀寶，2，3＊

（1.華南農(nóng)業(yè)大學 動物科學學院，廣東 廣州510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)業(yè)部生態(tài)農(nóng)業(yè)重點開放實驗室，廣東 廣州510642；3.廣東省高等學校農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境重點實驗室，廣東 廣州510642）

抗生素在治療、預防畜禽疾病和促進畜禽生長等方面發(fā)揮著積極作用，同時其在生物體和環(huán)境中殘留所引起的負面效應也日益增大。獸用抗生素進入畜禽體后，經(jīng)體內(nèi)代謝，其原形及其代謝產(chǎn)物一方面會在畜禽機體內(nèi)殘留；另一方面會隨著畜禽排泄物進入環(huán)境，對環(huán)境生物構(gòu)成威脅［1］。已有的研究認為，環(huán)境中的獸用抗生素殘留除影響微生物數(shù)量及功能外，還可能誘導微生物產(chǎn)生并傳播耐藥基因，改變環(huán)境微生物的結(jié)構(gòu)，使環(huán)境中的耐藥微生物成為優(yōu)勢菌群，而環(huán)境介質(zhì)如土壤、水體中耐藥微生物種類與數(shù)量的不斷增加可能會對人類以及動物健康造成威脅［2］。因此本文綜述了獸用抗生素殘留對環(huán)境中細菌耐藥性影響的相關(guān)研究，為該領(lǐng)域的研究提供參考。

1 抗生素殘留及細菌耐藥性

畜牧養(yǎng)殖業(yè)中獸用抗生素的廣泛應用被認為是環(huán)境中獸用抗生素殘留的主要來源之一［3］。已有的研究表明，獸用抗生素很難被動物完全吸收并分解，大約有30%～75%的抗生素以母體化合物的形式隨糞尿排出體外［4］。同時值得注意的是，獸用抗生素的大量應用還導致了微生物耐藥性的產(chǎn)生與傳播，造成微生物耐藥基因的出現(xiàn)。目前，微生物中含有的耐藥基因已被列為一種新型的環(huán)境污染物［5］，耐藥基因的存在及其在環(huán)境中的傳播都會對環(huán)境微生物區(qū)系產(chǎn)生較大影響，引起微生物群落結(jié)構(gòu)變化，進而影響所在生態(tài)系統(tǒng)的功能。

1.1 環(huán)境中的獸用抗生素殘留現(xiàn)狀

畜禽糞便產(chǎn)量大，超過80%的畜禽糞便不經(jīng)過綜合處理直接排放到環(huán)境當中［6］。Wei等［7］研究發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)殖場污水中，環(huán)丙沙星、恩諾沙星以及氟苯尼考的含量分別為3.35μg／L、1.09μg／L和0.95 μg／L。Ho等［8］研究發(fā)現(xiàn)，肉雞糞便中氟甲喹的含量最高可達1331.4μg／kg DM，土壤中多西環(huán)素含量最高可達78516.1μg／kg DM 畜禽糞便施用于農(nóng)田或者進入水體后，會造成環(huán)境中相應抗生素的殘留和累積。Hamscher等［9］應用液質(zhì)譜聯(lián)用的方法測定地表土壤和地下水中抗生素的殘留情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)部分土壤樣品金霉素和磺胺地托辛的含量分別為13.1μg／kg和7.7μg／kg，15個水樣中有4個測到磺胺嘧啶（0.23μg／L）磺胺地托辛（0.14～0.88 μg／L）。Wei等［7］在采集的河水樣品中發(fā)現(xiàn)環(huán)丙沙星、恩諾沙星以及氟苯尼考的含量分別高達5.93 μg／L、4.24μg／L和2.40μg／L顯著高于采集的養(yǎng)殖場廢水中抗生素含量。

1.2 環(huán)境中細菌耐藥性現(xiàn)狀

外界環(huán)境作為承載細菌等微生物的儲存媒介之一，動物體內(nèi)的耐藥菌進入外界環(huán)境必然會引起外界環(huán)境中土著細菌耐藥性的產(chǎn)生。姚美玲［10］對雞、兔舍舍內(nèi)外不同高度處空氣中的大腸桿菌耐藥性檢測表明，畜舍及其周圍環(huán)境中的氣載大腸桿菌耐藥性嚴重，且以多重耐藥為主。Vanessa等［11］研究了土壤中480種不同芽孢微生物，發(fā)現(xiàn)每種微生物對7種以上抗生素產(chǎn)生了耐受性，并指出土壤已經(jīng)成為一個巨大的耐藥基因庫。耐藥性的產(chǎn)生導致細菌產(chǎn)生耐藥基因，而耐藥基因的產(chǎn)生又會反過來調(diào)控耐藥性。在動物糞便中、施用糞便的土壤中、畜禽糞便堆肥、地表水以及地下水等多種環(huán)境介質(zhì)中眾多的學者均檢測到了耐藥基因的出現(xiàn)，而且，耐藥基因出現(xiàn)的種類并不單一，常常是多種耐藥基因同時檢測到。Mccauley等［12］在豬場廢水泥漿中，檢測到多種四環(huán)素類耐藥基因（tet）的出現(xiàn)。Rahman等［13］研究發(fā)現(xiàn)在海洋沉積物中，96%的耐藥菌株含有tet基因。Hoa等［14］在魚塘、蝦池中檢測到磺胺類耐藥基因sul1、sul2、sul3的出現(xiàn)，這可能與來自于豬場的廢水有關(guān)。

2 抗生素耐藥性的產(chǎn)生及傳播途徑

2.1 耐藥性的產(chǎn)生

細菌耐藥性的產(chǎn)生一般分為兩個方面：一是固有耐藥性，來源于細菌本身攜帶的耐藥基因［15-17］。Akinbowale等［18］在檢測對土霉素產(chǎn)生耐藥性菌株的耐藥基因時發(fā)現(xiàn)，有75%的細菌含有tet基因，其中50%為tet（M），45%為tet（E），35%為tet（A），15%為tet（D）。二是獲得性耐藥性，主要是由于基因突變、攜有耐藥基因的質(zhì)粒在細菌間的轉(zhuǎn)移、外源性DNA摻入重組［12］。有報道稱大腸桿菌對喹諾酮類藥物產(chǎn)生耐藥性的機制通常是由編碼DNA螺旋酶或拓撲酶IV的染色體基因突變和／或?qū)е滤幬镛D(zhuǎn)運改變的突變引起的［19］?；前奉愃幬锏哪退幓虼蠖喑霈F(xiàn)在不動桿菌的質(zhì)粒上，芽孢桿菌是攜帶tet基因的優(yōu)勢菌種［10-11］。獲得性耐藥性的產(chǎn)生，另外一個來源是抗生素的大量使用，抗生素的選擇性作用促進了細菌耐藥性的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，隨著恩諾沙星在肉仔雞中的使用，在5 d內(nèi)，最小抑菌值（MIC）從0.25μg／m L增加到32μg／m L［20］。

單個細菌產(chǎn)生的耐藥性效果較小，但是由于菌群數(shù)量大，因此細菌耐藥性經(jīng)常發(fā)生。動物腸道內(nèi)產(chǎn)生耐藥性的細菌和經(jīng)體內(nèi)代謝的獸用抗生素原形或者代謝產(chǎn)物經(jīng)動物糞便排放到外界環(huán)境中均能引起細菌耐藥性的產(chǎn)生以及傳播?？股氐氖褂靡约霸诃h(huán)境中的殘留，對于敏感性較高的細菌來說會抑制其生長甚至殺滅細菌，而高耐受性細菌會存活下來，并且發(fā)展成為優(yōu)勢菌群。

耐藥性的傳播除了受到菌群數(shù)量的影響之外，外界環(huán)境變化以及畜禽種類也會對其產(chǎn)生影響。有學者發(fā)現(xiàn)當斷奶的小牛日糧中添加四環(huán)素時，夏季四環(huán)素類耐藥基因的含量要比秋季低10～100倍［21］。Chen等［22］通過檢測豬糞和牛糞中耐藥基因的含量時發(fā)現(xiàn)，豬糞中紅霉素耐藥基因（erm）基因的含量水平高于牛糞。

2.2 耐藥性的傳播途徑

耐藥性的傳播類型可以分為兩種：個體耐藥菌的垂直傳播和耐藥基因的水平傳播。兩者之中以耐藥基因的水平傳播方式更為普遍。細菌的質(zhì)粒一般都攜帶有耐藥基因，耐藥基因可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導作用在微生物種內(nèi)、種間等進行傳遞轉(zhuǎn)移。通過這種水平轉(zhuǎn)移，細菌的耐藥性擴散迅速、廣泛，耐藥株可自身克隆擴散，也可與敏感株進行遺傳物質(zhì)交換。Simjee等［23］在雞糞腸球菌中檢測到了可移動遺傳子Tn196和信息素誘導質(zhì)粒。Jacobs［24］在對37株氣單孢菌的耐藥性進行檢測時發(fā)現(xiàn)，有27株菌攜有耐藥質(zhì)粒，其中14株攜有多重耐藥性質(zhì)粒，在對質(zhì)粒攜帶的多重耐藥性整合因子class1進行PCR擴增之后，檢測到其中含有多種不同的耐藥基因。Lin［25］通過調(diào)查密蘇比河耐藥基因情況時發(fā)現(xiàn)，58%的多重耐藥菌擁有整合子I，在整合子包含的耐藥基因中，β-內(nèi)酰胺酶類耐藥基因占44%，氨基糖甙耐藥基因16%，磺胺類耐藥基因和季胺鹽類復合物耐藥基因占24%。

不同類藥物的耐藥基因之間會產(chǎn)生相互影響。Chen等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在畜禽糞便以及曝氣池中四環(huán)素類藥物耐藥基因（tet）含量水平同大環(huán)內(nèi)脂類耐藥基因（erm）之間存在正相關(guān)。由此可見，耐藥基因之間存在著可能的協(xié)同作用也是導致耐藥基因在環(huán)境中數(shù)量不斷增多進而引起耐藥性廣泛傳播的原因之一。

3 抗生素殘留對環(huán)境中細菌耐藥性的影響

獸用抗生素的使用不僅造成動物體內(nèi)微生物產(chǎn)生耐藥性，而且其隨畜禽糞便進入土壤等環(huán)境中，會影響昆蟲等動物的生長、導致環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，降低環(huán)境中微生物的活性［26］，引起環(huán)境中微生物耐藥性的產(chǎn)生并引起耐藥性傳播，進而引起耐藥性細菌以及耐藥基因含量的增加［21］，打破了土著微生物群落的生態(tài)平衡。

畜牧養(yǎng)殖業(yè)中過量使用獸用抗生素，畜禽糞便不經(jīng)過無害化等有效手段進行處理便進入水體、土壤等環(huán)境中，導致環(huán)境中細菌耐藥性的產(chǎn)生及傳播現(xiàn)象越來越嚴重。

3.1 畜禽糞便中的細菌耐藥性

畜禽糞便是獸用抗生素進入環(huán)境中的一個中介途徑，畜禽糞便中耐藥性細菌的數(shù)量對于環(huán)境中耐藥性的傳播有著顯著的影響，畜禽體內(nèi)微生物所產(chǎn)生的耐藥性能隨糞便進入環(huán)境，并將耐藥基因傳播給環(huán)境微生物。因此作為獸用抗生素進入環(huán)境的一個重要媒介，有必要對畜禽糞便中殘留的獸用抗生素對細菌耐藥性的影響進行研究。Pei等［27］在添加了強力霉素、磺胺甲惡唑、泰樂菌素和莫能菌素之后，檢測曝氣池奶牛糞便中耐藥基因的變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)四環(huán)素耐藥基因和磺胺類耐藥基因先上升后回到初始水平，大環(huán)內(nèi)脂類耐藥基因ere（A）和msr（A）含量則一直持較低水平，盡管添加了殺蟲劑，但是tet基因的含量一直增加。四環(huán)素類藥物相對其他獸用抗生素在畜牧生產(chǎn)中應用的更為廣泛，這也可能是由于抗生素的長期性選擇壓力作用，使得tet基因水平傳播更為廣泛，含有tet基因的細菌更能耐受四環(huán)素類藥物。細菌耐藥性以及耐藥基因的產(chǎn)生是由于抗生素的長期選擇性壓力造成的。Schwaiger等［28］研究發(fā)現(xiàn)，隨著四環(huán)素濃度的增加，糞便細菌中tet（L）和tet（M）同時檢測到的幾率也就越大。畜禽糞便中細菌的耐藥性大多是來源于動物腸道中具有耐藥性的微生物。

3.2 水體中的細菌耐藥性

殘留的獸用抗生素排放到水體中會導致水中細菌耐藥性基因的含量增加。鄒世春等［29］對河水中不同地點抗生素細菌耐藥性進行研究時發(fā)現(xiàn)，研究的9個樣品中有8個樣品對磺胺二甲嘧啶有耐藥性，5個樣品對四環(huán)素有耐藥性，7個樣品對紅霉素有耐藥性，其中5個樣品有對3種抗生素均表現(xiàn)耐藥性，并發(fā)現(xiàn)sul1和sul2磺胺抗性基因的含量水平與水中磺胺的含量分布具有一定的相關(guān)性，說明外源性抗生素對河流的污染是誘導抗性基因產(chǎn)生的重要因素。同樣，Luo等［30］研究發(fā)現(xiàn)sul1和sul2等磺胺類耐藥基因同水體中（海河）磺胺類藥物的含量稱顯著正相關(guān)，并指出磺胺類藥物大多來自于畜牧養(yǎng)殖業(yè)［31］。水產(chǎn)養(yǎng)殖中漁藥多以拌料或直接投入水體的方式給藥，藥物經(jīng)動物排泄最終進入土壤和表層水體中［32］，部分動物糞便也可直接應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中。這兩種方式都造成藥物在表層水體等環(huán)境中殘留，藥物在環(huán)境中殘留將誘導細菌產(chǎn)生耐藥性。有報道發(fā)現(xiàn)魚牧混合魚塘由于畜牧養(yǎng)殖中動物糞尿等排泄物和飼料流入魚塘，不僅污染魚塘環(huán)境，同時誘導水源細菌耐藥性的產(chǎn)生，導致混合魚塘細菌耐藥率明顯高于不添加糞便的魚塘［33］。易秀麗等［34］發(fā)現(xiàn)不同水源糞腸球菌耐藥性有所不同，糞腸球菌耐藥性水平的高低同水環(huán)境中抗生素的殘留量成正相關(guān)，抗生素污染程度越大，耐藥性越高。

3.3 土壤中的細菌耐藥性

畜禽糞便還田利用，殘留的獸用抗生素會導致土壤環(huán)境中耐藥性的傳播。土壤中細菌耐藥性的產(chǎn)生在絕大多數(shù)情況下是直接在畜禽糞便中產(chǎn)生然后通過糞便直接在引起細菌耐藥性在土壤中的傳播。土壤環(huán)境中細菌耐藥性的產(chǎn)生同殘留的獸用抗生素濃度相關(guān)，獸用抗生素殘留的不斷累積會導致細菌耐藥性的產(chǎn)生。Sudeshna等［35］發(fā)現(xiàn)含有金霉素的糞便施用到土壤當中，土壤中耐金霉素的細菌含量顯著增加。適量的施用糞肥并不會顯著導致耐藥菌耐藥性的擴散，但是隨著施用量得增加耐藥性擴散趨勢就會增加。Sengelova等［36］研究發(fā)現(xiàn)土壤中四環(huán)素耐藥菌的發(fā)生率隨施肥量增加而提高，表明耐藥菌可以隨動物的糞便直接擴散土壤中，導致耐藥性在土壤中的傳播。Esiobu等［37］在將含有獸藥殘留的奶牛糞便施用到土壤中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細菌對于盤尼西林、四環(huán)素和鏈霉素的耐藥性增加了70%。獸藥殘留對土壤細菌耐藥性的影響不僅與殘留濃度有關(guān)，同糞便的施用時間也存在一定關(guān)系。施用時間越長，細菌耐藥性也就越大，耐藥菌株的數(shù)量也就會越多［36］。有學者研究發(fā)現(xiàn)，堆積過含有耐藥基因雞糞的土地，在移除雞糞兩年之后，土壤樣品中檢測到少量耐藥基因以及相關(guān)基因轉(zhuǎn)座子的存在［38］。

由于人類以及動物活動的影響，各種環(huán)境之間交互性逐漸加大，這就更加促進了耐藥性在水體、土壤、空氣等環(huán)境介質(zhì)的傳播。細菌耐藥性的傳播不再只在單一的環(huán)境介質(zhì)中進行。隨著畜禽糞便以及其他含有獸用抗生素殘留的媒介在環(huán)境中的流通，不同環(huán)境之間細菌耐藥性以及耐藥基因也會產(chǎn)生交互影響，尤其是耐藥性在不同介質(zhì)致病性細菌之間的傳播，對于人類和動物的健康必然會造成危害。

4 研究展望

對于抗生素的使用同耐藥性的選擇之間的關(guān)系研究較多，然而關(guān)于耐藥性表現(xiàn)型與基因型的研究缺乏適當?shù)臏y定方法。有研究發(fā)現(xiàn)，同一環(huán)境下，糞腸球菌和金黃色葡萄球菌耐藥性的表現(xiàn)型和基因型出現(xiàn)差異，部分是因為存在一些防止移動的DNA因子進行交換的障礙［23］。不同環(huán)境介質(zhì)中細菌耐藥性及其抗性基因的種類數(shù)量有所不同，應該建立系統(tǒng)的測定方法，同時應該考慮環(huán)境因子與微生物耐藥性之間的關(guān)系。

許多微生物的抗性基因常與一些可移動的基因元件相關(guān)聯(lián)，這些基因元件往往攜帶有其他種類的抗性基因，比如重金屬，這就使得微生物除了具有耐藥性之外還產(chǎn)生多抗性，因此應該從整體的水平對環(huán)境中微生物的抗性進行研究。

目前國內(nèi)外有關(guān)細菌耐藥性的調(diào)查研究大多集中在生活飲用水、醫(yī)院周圍和食源性病原菌中，對于環(huán)境中細菌耐藥性未引起足夠的重視，有關(guān)于不同自然環(huán)境中細菌耐藥性傳播的規(guī)律尚乏研究。環(huán)境介質(zhì)中細菌耐藥性相對于醫(yī)院和食源性病原菌的耐藥性情況更為復雜，而土壤和水體等作為環(huán)境中細菌耐藥性的主要傳播途徑，更應該受到嚴格的監(jiān)測。

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