李侃竹，高 品，2*，王 凱，劉振鴻，2，薛 罡，2（.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 20620；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)紡織工業(yè)污染防治工程技術(shù)中心，上海 20620）

污水中抗生素與重金屬對(duì)紅霉素抗藥性基因的選擇性效應(yīng)

李侃竹1，高 品1，2*，王 凱1，劉振鴻1，2，薛 罡1，2（1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620；2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)紡織工業(yè)污染防治工程技術(shù)中心，上海 201620）

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）和固相萃取-高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（SPE-HPLC-MS/MS）分別檢測(cè)分析了上海某污水處理廠中6種重金屬和3種抗生素的含量水平和分布特征，采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)分析了7種紅霉素抗藥性基因（ERY-ARGs）在污水處理廠中的分布變化.結(jié)果表明，抗生素磺胺甲惡唑（SMX）、紅霉素（ERY）和四環(huán)素（TC）在污水處理廠中均被檢出，兩段A/O工藝對(duì)其去除效果較差，去除率為3%（ERY）～36%（TC）.重金屬Cr、Cu、Zn和Pb在污水中被檢出，濃度范圍分別為136.9～235.5、7.1～37.4、18.1～98.4和143.1～383.0μg/L，兩段A/O工藝對(duì)Zn基本完全去除，但對(duì)Cu、Pb和Cr的去除率分別為48%、43%和18%.目標(biāo)ERY-ARGs在污水處理廠中均被檢出，其在原水中的濃度為9.28×103（ermA）～1.83×108（ereA）copies/L，兩段A/O工藝對(duì)其具有較好的去除效果，降低幅度可達(dá)1.19～3.97個(gè)對(duì)數(shù)濃度.通過(guò)相關(guān)性分析可知， ERY-ARGs與ERY之間具有顯著相關(guān)性（P＜0.05），而酯酶基因ereA與Cu、Zn和Pb之間也呈現(xiàn)出較好的顯著相關(guān)性（P＜0.05），表明污水中ERY對(duì)ERY-ARGs的演變產(chǎn)生具有重要影響，而重金屬對(duì)ERY-ARGs也可能存在潛在的選擇性作用.

污水；抗藥性基因；抗生素；重金屬；選擇性效應(yīng)

近年來(lái)，環(huán)境中細(xì)菌抗藥性基因（ARGs）的產(chǎn)生和散播受到廣泛關(guān)注［1］.目前普遍認(rèn)為，ARGs的演變產(chǎn)生是由抗生素藥物產(chǎn)生的持續(xù)選擇性壓力所引起的［2-3］.通常情況下，抗生素藥物進(jìn)入人體和動(dòng)物體內(nèi)后只能被部分代謝吸收，未被代謝的則會(huì)隨著排泄物進(jìn)入污水中，最終進(jìn)入城市污水處理廠進(jìn)行處理［4］.在生物處理過(guò)程中，細(xì)菌與抗生素藥物持續(xù)混合，這為細(xì)菌抗藥性的產(chǎn)生和傳播創(chuàng)造了合適的環(huán)境［5］.此外，污水中其他污染物如重金屬等也可能會(huì)對(duì)抗藥性細(xì)菌產(chǎn)生共選擇效應(yīng)［6］.有研究指出，當(dāng)金屬的濃度超過(guò)細(xì)菌可利用量時(shí)，作為其SOS（Save our soul）應(yīng)答反應(yīng)中的部分抵抗機(jī)制可能會(huì)被誘發(fā)以減輕重金屬所帶來(lái)的毒性作用［7］.因此，深入研究污水處理廠中抗生素藥物及重金屬等污染物對(duì)抗藥性基因產(chǎn)生的選擇誘導(dǎo)作用對(duì)于控制ARGs的產(chǎn)生和傳播具有重要意義.

紅霉素（ERY）是一種常用的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難以被生物降解去除，因此在城市污水和地表水中被頻繁檢出［8-10］.通常情況下，細(xì)菌微生物對(duì)ERY的抵抗機(jī)制主要包括3種［11］：通過(guò)外排泵機(jī)制將ERY排出體外；通過(guò)改變或修飾ERY在核糖體上的結(jié)合作用位點(diǎn)；直接破壞ERY的分子結(jié)構(gòu)使其失去抗菌作用.然而，要實(shí)現(xiàn)對(duì)ERY的有效降解，相關(guān)降解微生物對(duì)其必須具有抵抗性.有研究表明［12］，污水中抗藥性酯酶基因ereA的存在和增殖是ERY得以降解的重要原因.

本研究根據(jù)細(xì)菌微生物對(duì)ERY抵抗機(jī)制的不同，共選取7種ERY-ARGs（包括ereA、ereB、mefA/mefE、ermA、ermB、ermC和msrA/ msrB）作為研究對(duì)象，考察其在污水處理過(guò)程中濃度分布和去除特征，其中mefA/mefE和msrA/msrB為ERY外排泵基因，ermA、ermB和ermC為ERY核糖體甲基化酶基因，ereA和ereB為酯酶基因［13-14］.此外，通過(guò)對(duì)污水中3種抗生素和6種重金屬進(jìn)行檢測(cè)分析，探討其與ERY-ARGs之間的相關(guān)關(guān)系，為揭示污水處理系統(tǒng)中ARGs演變和散播機(jī)制及其影響因素提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

分析儀器：微波消解儀（MARS 5，CEM）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（iCAP-Q ICP-MS，Thermo Fisher）、固相萃取裝置（Supelco）、HLB固相萃取小柱（500mg/6mL，Waters）、恒溫水浴氮?dú)獯蹈蓛x（Organomation Associates）、高效液相色譜串聯(lián)雙質(zhì)譜儀（HPLC-MS/MS，VARIAN 310）、臺(tái)式高速離心機(jī)（Thermo Scientific）、實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀（Rotor-Gene 3000qPCR，Corbett）、核酸蛋白測(cè)定儀（NanoDrop 2000C，Thermo Scientific）.

藥品與試劑：磺胺甲惡唑（SMX，純度為99%）、ERY（純度為99.8%）和鹽酸四環(huán)素（TC，純度為99%）標(biāo)準(zhǔn)品均購(gòu)自德國(guó)Dr. Ehrenstorfer公司.甲醇和乙腈均為色譜純，購(gòu)自美國(guó)Honeywell Burdick & Jackson公司；其它化學(xué)試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

1.2 樣品采集

污水樣采自上海某城市污水處理廠，該廠污水處理采用兩段式A/O工藝，采樣點(diǎn)位置包括：原水進(jìn)水（W1）、曝氣沉砂池出水（W2）、一級(jí)A/O出水（W3）、中間沉淀池出水（W4）、二級(jí)A/O出水（W5）和最終二沉池出水（W6）.采樣時(shí)間為2013年12月～2014年3月，共采集3次，每次取2個(gè)平行樣，采集體積為1L，水樣裝入聚丙烯瓶后放入裝有冰袋的冷卻箱內(nèi)，然后迅速運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)處理.

1.3 檢測(cè)分析方法

1.3.1 目標(biāo)抗生素藥物檢測(cè)方法 污水樣先經(jīng)0.45μm的濾膜過(guò)濾，濾液收集后加入500mg/L Na2EDTA，采用0.1mol/L的磷酸將水樣pH值調(diào)至5后進(jìn)行固相萃取.固相萃取小柱先用6mL甲醇和6mL超純水預(yù)活化，然后將水樣通過(guò)固相萃取小柱進(jìn)行富集，流速為5mL/min.富集完成后，加入10mL超純水淋洗固相萃取小柱以去除一些殘留的無(wú)機(jī)離子，然后真空干燥，干燥后采用6mL甲醇對(duì)富集的目標(biāo)抗生素藥物進(jìn)行洗脫，洗脫液使用氮?dú)獯蹈?，最后使用甲醇定容?mL，裝入2mL琥珀色進(jìn)樣小瓶待測(cè).

目標(biāo)抗生素藥物采用HPLC-MS/MS檢測(cè)，色譜柱為Welch Ultimate XB-C18柱（150mm× 2.1mm，3μm），流速0.2mL/min，進(jìn)樣量20μL，柱溫30oC.質(zhì)譜檢測(cè)為電噴霧離子源正離子模式，流動(dòng)相分別為含0.1%甲酸的水溶液（相A）和100%乙腈（相B）.采用梯度洗脫模式，每個(gè)梯度完成后平衡時(shí)間為5min.檢測(cè)模式為多離子反應(yīng)檢測(cè)（MRM）掃描模式.

水樣中目標(biāo)抗生素藥物濃度采用外標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算，檢測(cè)分析方法的回收率為86.4%～108.5%.

1.3.2 重金屬檢測(cè)方法 水樣消解預(yù)處理方法參照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署推薦方法（USEPA 3015A）［15］.首先，取5mL經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后的水樣置于聚四氟乙烯消解管中，分別加入1.5mL濃HNO3和1mL 飽和H2O2，混合后靜置30min，然后放入微波消解儀中進(jìn)行消解，微波消解過(guò)程參數(shù)［16］見(jiàn)表1.消解完成后，將消解液轉(zhuǎn)至10mL的容量瓶中，使用體積分?jǐn)?shù)為1% 的HNO3進(jìn)行定容.檢測(cè)時(shí)，先將樣品溶液在10000r/min轉(zhuǎn)速下離心10min，上清液經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后采用ICP-MS測(cè)定溶液中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb等重金屬的含量，每次檢測(cè)做3個(gè)平行樣. ICP-MS主要檢測(cè)條件參數(shù)見(jiàn)表2.

表1 微波消解條件參數(shù)Table 1 Optimized parameters for microwave digestion process

1.3.3 ERY-ARGs檢測(cè)方法 采用TIANamp Soil DNA Kit （TIANGEN）提取樣品DNA，操作步驟參照試劑盒說(shuō)明書，所提取的DNA使用1%瓊脂糖凝膠電泳和NanoDrop 2000C核酸蛋白測(cè)定儀分別檢測(cè)其純度和濃度.結(jié)果顯示，所提取DNA的OD260/OD280值均大于1.8，純度符合要求.

目標(biāo)ERY-ARGs包括ereA、ereB、mefA/mefE、ermA、ermB、ermC和msrA/msrB，所使用的擴(kuò)增引物序列見(jiàn)文獻(xiàn)［17］.qPCR反應(yīng)體系（20μL）包括：10μL SuperReal Premix Plus（2×）（TIANGEN），上下游引物（10μmol/L）各1μL，DNA模板1μL，ddH2O 7μL.qPCR反應(yīng)程序：95oC預(yù)變性15min，95oC變性10s，58℃退火30s，72℃延伸32s，共反應(yīng)40個(gè)循環(huán).每個(gè)樣品做3個(gè)平行樣，同時(shí)采用無(wú)菌水作為陰性對(duì)照.

表2 ICP-MS檢測(cè)條件參數(shù)Table 2 Operating parameters for ICP-MS detection

1.4 數(shù)據(jù)分析

目標(biāo)抗生素藥物、ARGs和重金屬含量數(shù)據(jù)分析均采用3次采樣的檢測(cè)平均值.利用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算因變量和自變量之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)（R）和P值.P≤0.05認(rèn)為變量之間具有顯著相關(guān)性，反之則認(rèn)為相關(guān)性不顯著.

2 結(jié)果與討論

2.1 目標(biāo)抗生素藥物在污水處理過(guò)程中的含量水平

圖1 抗生素藥物在污水處理過(guò)程中的濃度水平（n=6）Fig.1 Concentration of antibiotics during the sewage treatment process （n=6）

圖1為目標(biāo)抗生素藥物在污水處理過(guò)程中的濃度分布情況.由圖1可以看出， SMX、ERY和TC三種抗生素在污水處理廠中均被檢出，濃度范圍分別為24.5～38.7，47.5～49.2和43.1～85.4ng/L. Chang等［18］在重慶某污水處理廠最終出水中檢出SMX、ERY和TC的濃度分別為2020、206和118ng/L，均要高于本研究檢測(cè)結(jié)果，分析原因可能是不同區(qū)域抗生素藥物的使用情況不同.此外，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可知，兩段A/O工藝對(duì)目標(biāo)抗生素藥物的去除效果普遍較差，去除率僅為3%（ERY）～36%（TC），大部分去除效果主要發(fā)生在一級(jí)A/O處理段，而初級(jí)處理工藝（格柵+曝氣沉砂池）對(duì)其去除效果微乎其微.與此同時(shí)，由圖1分析可以發(fā)現(xiàn)，ERY在整個(gè)污水處理流程中的濃度水平基本保持不變，表明ERY分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)中難以被有效去除.Rosal等［19］在西班牙一家城市污水處理廠中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果.

2.2 重金屬在污水處理過(guò)程中的分布特征

在污水樣中共檢出Cr、Cu、Zn和Pb四種重金屬元素，其在整個(gè)污水處理過(guò)程中的分布變化特征如圖2所示.重金屬檢出濃度由高到低的排列順序?yàn)镻b＞Cr＞Zn＞Cu，濃度范圍分別為143.1～383.0、136.9～235.5、18.1～98.4和7.1～37.4μg/L.Karvelas等［20］在希臘塞薩洛尼基一家污水處理廠同樣檢測(cè)出Cr、Cu、Zn和Pb等重金屬元素，濃度高低順序?yàn)閆n＞Cu＞Pb＞Cr，濃度范圍分別為270～470、33～79、27～39和20～40μg/L，其中Zn和Cu的濃度高于本研究結(jié)果，而Pb和Cr則相反.這可能是由于不同地區(qū)污水處理廠所接納的污水水質(zhì)、周邊環(huán)境重金屬污染狀況等不同所造成的.

由圖2分析可知，兩段A/O工藝對(duì)Zn的總體去除效果最好，對(duì)Cu和Pb的去除率分別約為48%和43%，但對(duì)Cr的去除效果較差，去除率僅為18%.üstün［21］在土耳其布爾薩一家城鎮(zhèn)污水處理廠檢測(cè)結(jié)果顯示，活性污泥系統(tǒng)對(duì)Cr、Cu、Zn和Pb等重金屬的去除率可達(dá)47%～95%.由于活性污泥處理工藝的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)有機(jī)污染物的去除［22］，并且污水成分相對(duì)復(fù)雜，其中腐殖酸等物質(zhì)與重金屬之間還會(huì)發(fā)生吸附螯合作用，導(dǎo)致重金屬在污水處理過(guò)程中的去除變化較大［23］.通過(guò)圖2進(jìn)一步分析可知，污水中重金屬的去除主要發(fā)生在物理處理階段（曝氣沉砂池和中間沉淀池），初級(jí)處理工藝對(duì)Cr、Cu、Zn和Pb的去除幅度約為21%（Pb）～36%（Zn）.在生物處理階段，活性污泥由于靜電作用實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的吸附，這些與活性污泥結(jié)合的重金屬最終通過(guò)剩余污泥的排出得到去除，檢測(cè)結(jié)果顯示，中間沉淀池對(duì)Cr、Cu、Zn和Pb等重金屬的去除率可達(dá)39%（Cr）～73%（Zn）.

圖2 重金屬在污水處理過(guò)程中的濃度水平（n=6）Fig.2 Concentration of heavy metals during the sewage treatment process （n=6）

2.3 污水處理過(guò)程中ERY-ARGs的濃度分布和去除特征

圖3為污水處理過(guò)程中目標(biāo)ERY-ARGs的濃度分布情況.由圖3可知，目標(biāo)ERY-ARGs和16S rRNA基因在原水中均被檢出，其中ereA濃度最高，達(dá)1.83×108copies/L，而ermA的濃度最低，為9.28×103copies/L.此外，ereB、mefA/mefE和ermB在原水中的濃度也相對(duì)較高，均超過(guò)107copies/L.從圖3還可以看出，目標(biāo)ERY-ARG在整個(gè)污水處理工藝流程中呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢(shì)，表明兩段A/O工藝對(duì)目標(biāo)ERY-ARGs具有較好的去除效果，去除幅度可達(dá)1.19～3.97個(gè)對(duì)數(shù)濃度，其中一級(jí)A/O工藝段對(duì)目標(biāo)ERY-ARGs具有顯著去除效果（P＜0.05），去除幅度為0.88（ermB）～3.12（ermA）個(gè)對(duì)數(shù)濃度，而二級(jí)A/O段對(duì)ermA去除效果顯著，在最終處理出水中未檢出，但對(duì)其他目標(biāo)ERY-ARGs未發(fā)現(xiàn)具有明顯的去除效果（ermB除外）.

2.4 目標(biāo)抗生素與ERY-ARGs之間相關(guān)性分析

據(jù)報(bào)道，抗生素藥物產(chǎn)生的持續(xù)選擇性壓力是細(xì)菌抗藥性出現(xiàn)的主要原因［24］，但也有研究表明［25-26］，當(dāng)抗生素藥物的選擇性壓力消失或減弱時(shí)，相應(yīng)ARGs并未隨之消失或減少.目前，關(guān)于抗生素藥物對(duì)其ARGs演變產(chǎn)生的選擇性機(jī)制尚不清楚［27］.

表3為目標(biāo)抗生素與ERY-ARGs之間的相關(guān)性分析數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，SMX作為一種磺胺類抗生素藥物，與ERY-ARGs之間無(wú)顯著相關(guān)性，而TC為四環(huán)素類抗生素藥物，與ERY-ARGs之間也無(wú)顯著相關(guān)性（msrA/msrB除外）.盡管如此，表3數(shù)據(jù)顯示，ERY與目標(biāo)ERY-ARGs（除ermA）之間均呈現(xiàn)出顯著相關(guān)性（0.859≤R≤0.963，P＜0.05），而且與酯酶基因ere總和、核糖體甲基化酶基因erm總和、外排泵基因mef/msr總和，以及ERY-ARGs總和之間具有極高顯著相關(guān)性（0.865≤R≤0.975，P＜0.05），這在一定程度上表明污水中ERY對(duì)其相應(yīng)ARGs的誘導(dǎo)產(chǎn)生和散播具有一定促進(jìn)作用.Gao等［28］研究發(fā)現(xiàn)，活性污泥系統(tǒng)中磺胺類抗生素濃度與其相應(yīng)ARGs sulI之間具有顯著的線性相關(guān)性（R2=0.97， P＜0.05）.

作為ARGs的直接選擇壓力，環(huán)境中ARGs的豐度與其對(duì)應(yīng)的抗生素濃度應(yīng)存在一定的相關(guān)性.然而有研究顯示，環(huán)境中ARGs的豐度與非同族抗生素之間可能也存在良好的相關(guān)性.Chad等［29］研究發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)附近磺胺類抗生素與四環(huán)素類ARGs之間的相關(guān)性要高于四環(huán)素類抗生素與四環(huán)素類ARGs之間的相關(guān)性，同時(shí)也高于其與磺胺類ARGs之間的相關(guān)性，這可能是環(huán)境中抗生素對(duì)ARGs共選擇的結(jié)果.在其它族抗生素的選擇性壓力下，可移動(dòng)遺傳因子上可能會(huì)同時(shí)攜帶一種或多種ARGs，從而使得環(huán)境中的ARGs豐度升高，并導(dǎo)致ARGs與不同族抗生素之間的相關(guān)性不斷增強(qiáng)［30-31］.

表3 目標(biāo)抗生素與ERY-ARGs之間相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between concentrations of the target antibiotics and ERY-ARGs

2.5 檢出重金屬與ERY-ARGs之間相關(guān)性分析

ERY對(duì)ERY-ARGs的演變產(chǎn)生具有一定的誘導(dǎo)作用.Ji等［32］對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)周邊的農(nóng)田土壤檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素類和磺胺類抗生素與其相應(yīng)ARGs之間沒(méi)有顯著相關(guān)性，而與重金屬Cu、Zn和Hg之間呈現(xiàn)出較好的顯著相關(guān)性，這表明重金屬的存在對(duì)細(xì)菌微生物抗性的產(chǎn)生和傳播可能也具有非常重要的作用.

由表4中數(shù)據(jù)分析可知，酯酶基因ereA與重金屬Cu、Zn和Pb之間均呈現(xiàn)出較好的顯著相關(guān)性（0.826≤R≤0.886，P＜0.05），其它ERY-ARGs與重金屬Cr、Cu、Zn和Pb之間也呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性（R值在0.491～0.886之間），但并不顯著（P＞0.05），表明重金屬的存在可能是污水處理過(guò)程中ERY-ARGs豐度變化的一個(gè)重要因素. Knapp等［33］研究發(fā)現(xiàn)，在使用抗生素之前，土壤中的ERY-ARGs（ermB、ermC、ermE和ermF）就與重金屬（Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Fe）存在一定的相關(guān)性，其中ermB和ermF與重金屬Cu之間具有顯著相關(guān)性.事實(shí)上，有研究表明［34］，重金屬能夠誘導(dǎo)細(xì)菌微生物對(duì)抗生素藥物產(chǎn)生抵抗性或加強(qiáng)其抗性.Mcarthur等［35］在研究地表河流中鏈霉素和卡那霉素抗性細(xì)菌的空間分布時(shí)發(fā)現(xiàn)，抗藥性細(xì)菌出現(xiàn)頻率最高的地方是在一個(gè)接納核反應(yīng)堆和工業(yè)中心污水的支流與河流的匯合處，并隨著匯合點(diǎn)往上游方向增加.此外，細(xì)菌抗藥性與沉積物中Hg的含量呈現(xiàn)顯著相關(guān)性（R2=0.54，P=0.023），表明重金屬Hg可通過(guò)間接的選擇性壓力增強(qiáng)細(xì)菌微生物對(duì)相應(yīng)抗生素藥物的抵抗性.Stepanauskas等［36］研究發(fā)現(xiàn)，抗生素藥物氨芐青霉素和四環(huán)素，以及重金屬Cd和Ni均會(huì)顯著提高具有多重抗藥性菌群的檢出頻率，表明重金屬暴露對(duì)抗藥性菌群具有共選擇效應(yīng).

雖然低濃度的重金屬元素對(duì)細(xì)菌微生物的生理和生化過(guò)程是必不可少的，然而高濃度的重金屬可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生毒害作用，破壞其DNA和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu).此外，這部分不能被細(xì)菌所利用的重金屬可能會(huì)誘發(fā)細(xì)菌SOS反應(yīng)中的抵抗機(jī)制，以減輕重金屬對(duì)生物體的毒害作用.值得注意的是，抗生素藥物在水環(huán)境中的濃度相對(duì)較低，通常不足以影響微生物的正常生命活動(dòng)，但重金屬污染卻已非常普遍，而且呈現(xiàn)出日益加劇的趨勢(shì).重金屬在活細(xì)菌體內(nèi)的存在非常持久，尤其是在一些非生命體或是生命跡象消失的生物體中，因此能夠產(chǎn)生長(zhǎng)期的選擇性壓力［37］.與此同時(shí)， ARGs通常位于細(xì)胞質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子上，而質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子在微生物種內(nèi)甚至是種間的水平轉(zhuǎn)移是人體病原微生物獲得對(duì)抗生素藥物抵抗性的重要途徑［38］.因此，重金屬暴露對(duì)抗藥性菌群的共選擇壓力在一定程度上會(huì)促進(jìn)ARGs在人體病原微生物上的轉(zhuǎn)移和傳播，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康具有潛在的危害.

表4 檢出重金屬與ERY-ARGs之間相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between concentrations of the detected heavy metals and ERY-ARGs

3 結(jié)論

3.1 抗生素藥物SMX、ERY和TC在污水處理廠中均被檢出，濃度范圍分別為24.5～38.7，47.5～49.2和43.1～85.4ng/L.在污水中共檢出Cr、Cu、Zn和Pb等4種重金屬元素，濃度由高到低順序?yàn)镻b＞Cr＞Zn＞Cu.目標(biāo)ERY-ARGs在污水處理廠中也均被檢出，在原水中的濃度范圍為9.28×103（ermA）～1.83×108（ereA）copies/L.

3.2 ERY與目標(biāo)ERY-ARGs（除ermA）之間均具有顯著相關(guān)性，與ERY-ARGs的總和之間也呈現(xiàn)出極高的顯著相關(guān)性，表明ERY對(duì)ERY-ARGs的產(chǎn)生和散播具有重要影響.

3.3 酯酶基因ereA與重金屬Cu、Zn和Pb之間呈現(xiàn)出較好的顯著相關(guān)性，一定程度上表明重金屬暴露可能對(duì)ERY-ARGs具有共選擇性作用.

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Selective pressure of antibiotics and heavy metals on erythromycin resistance genes in wastewater.

LI Kan-zhu1，GAO Pin1，2*， WANG Kai1， LIU Zhen-hong1，2， XUE Gang1，2（1.College of Environmental Science and Engineering，Donghua University， Shanghai 201620， China；2.State Environmental Protection Engineering Center for Pollution Treatment and Control in Textile Industry， Donghua University， Shanghai 201620， China）. China Environmental Science，2015，35（3）：889～896

Occurrence and distribution of six heavy metals and three antibiotics were investigated in a sewage treatment plant in Shanghai using inductively coupled plasma mass spectrometer （ICP-MS） and solid-phase extraction combined with high-performance liquid chromatograph tandem mass spectrometer （SPE-HPLC-MS/MS）， respectively. Quantitative PCR （qPCR） was used to determine the distribution and removal of seven erythromycin resistance genes（ERY-ARGs） during the wastewater treatment process. The results showed that sulfamethoxazole （SMX）， erythromycin（ERY） and tetracycline （TC） were detected， and their respective removal efficiency was low in the range from 3%（ERY） to 36% （TC）. Heavy metals of Cr、Cu、Zn and Pb were detected with concentrations in the ranges of 136.9～235.5， 7.1～37.4， 18.1～98.4 and 143.1～383.0μg/L， respectively. Almost completely removal of Zn was found by the two-stage anoxic/oxic （A/O） process， while the elimination rates for Cu， Pb and Cr were 48%， 43% and 18%，respectively. Additionally， all ERY-ARGs were detected in the range between 9.28×103copies/L （ermA） and 1.83×108copies/L （ereA） in raw influent and were significantly reduced （1.19～3.97logs） in the wastewater treatment process. Based on the correlation analyses， the concentrations of ERY-ARGs exhibited significantly positive correlation （P＜0.05） with ERY. Also， the concentration of ereA genes was strongly correlated with those of Cu， Zn and Pb （P＜0.05）， indicating that the presence of ERY played an important role in the evolution of ERY-ARGs， while heavy metals possibly exert selective pressures on the ERY-ARGs.

wastewater；antibiotic resistance gene；antibiotic；heavy metal；selective pressure

X52，R944.6

A

1000-6923（2015）03-0889-08

李侃竹（1990-），女，湖南株洲人，上海東華大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)碩士研究生，主要從事水質(zhì)安全與環(huán)境健康研究.

2014-07-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51208086，51178093）；上海市浦江人才計(jì)劃項(xiàng)目（13PJ1400100）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（14D111312）；東華大學(xué)"勵(lì)志計(jì)劃"項(xiàng)目（14D211301）

* 責(zé)任作者， 副教授， pingao@dhu.edu.cn