向省維， 巫明毫， 張 力， 劉海鯊， 陳雪珂， 劉 玲，郭義東， 林家富， 宋 濤， 鄭德志， 沙菁洲

(1. 成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610052; 2. 涼山彝族自治州第一人民醫(yī)院藥劑科，四川 西昌 615000; 3. 四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，四川 成都 610046; 4. 四川省固體廢物與化學(xué)品管理中心，四川 成都 610032;5. 成都大學(xué)藥學(xué)院，四川 成都 610052)

0 引 言

現(xiàn)代化發(fā)展和人口增長(zhǎng)導(dǎo)致各類污染物進(jìn)入河流水體，而抗生素是其中最典型的污染物之一[1,2]。藻類、原生生物和微生物在水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。然而，水體中殘留的抗生素會(huì)對(duì)水生生物造成毒性、改變水體微生物群落結(jié)構(gòu)和功能，造成水體生態(tài)系統(tǒng)退化，影響整個(gè)水體環(huán)境的物質(zhì)循環(huán)[3-5]。

據(jù)報(bào)道，我國(guó)河流水體抗生素平均檢出濃度為303 ng/L[3]。水體抗生素殘留極易引起水生生物的毒性作用，如阿莫西林和氨芐西林對(duì)藻類產(chǎn)生毒性作用的最低濃度分別為3.7 ng/L[4]和0.31 ng/L[5]。而四環(huán)素類、喹諾酮類和磺胺類抗生素[6]對(duì)地表水體沉積物中的菌群多樣性影響尤為顯著。細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的改變可能影響生物地球化學(xué)循環(huán)和水生生態(tài)系統(tǒng)[7]。

沱江位于四川盆地中部，流經(jīng)德陽(yáng)和成都等7座大中型城市，經(jīng)瀘州注入長(zhǎng)江。流域內(nèi)人口密度大，冠絕四川境內(nèi)其他河流。而目前沱江流域抗生素殘留的研究較少，且主要集中于污染狀況、時(shí)空分布和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面，至今未有殘留抗生素對(duì)水體微生物多樣性及其群落結(jié)構(gòu)影響相關(guān)的研究。本文以沱江流域內(nèi)6個(gè)國(guó)控/省控考核斷面為研究對(duì)象，探究水體中15種典型抗生素的殘留狀況，評(píng)估抗生素所造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并依托高通量測(cè)序技術(shù)分析水體微生物群落多樣性及群落結(jié)構(gòu)特征，分析了殘留抗生素濃度與微生物群落多樣性之間的關(guān)系，為沱江流域抗生素類污染物的治理與防控提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考意見。

1 材料方法

1.1 材料與設(shè)備

儀器：UPLC-MS/MS（島津A-30/ABSciex Qtrap 3200）、分析天平（上海精天電子儀器有限公司）、循環(huán)式真空水泵、十二孔固相萃取裝置、超聲儀、渦旋儀、氮吹儀和臺(tái)式酸堿pH計(jì)（上海Jipad公司）。

試劑：甲醇/乙腈（色譜純）、甲酸（色譜級(jí)純）、超純水、NA2EDTA（分析純）、氫氧化鈉溶液、濃硫酸（分析純）和超純水等。抗生素標(biāo)品購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院，純度均大于99%。分析過(guò)程中所使用的各類試劑均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

材料：纖維玻璃濾膜（0.22 μm和 0.45 μm規(guī)格）、Oasis HLB小柱（6 mL 200 mg/500 mg waters公司 US）、色譜柱（Athena C-18-WP，100 A，2.1×150 mm，3 μm）、容量瓶（10 mL；50 mL；250 mL）、15 mL離心管、5 mL注射器和5 L容量聚乙烯水桶。

1.2 樣品采集與處理

1.2.1 樣品采集

采樣點(diǎn)選?。阂罁?jù)《“十三五”四川省地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布圖》中的四川省監(jiān)測(cè)斷面和國(guó)控考核斷面選取采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)的詳細(xì)信息見表1。

表1 采樣點(diǎn)具體信息

樣品采集：分別在監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行采樣，采樣位置分別為河流兩岸及河中心，采集水樣為江面表層水（深度為0～50 cm），所有水體樣本均采集三份，其中用于抗生素殘留測(cè)定的樣品，用4 mol/L硫酸調(diào)節(jié)pH值至3.0，并加入終濃度為5%的甲醇（V甲醇：V水），抑制細(xì)菌生長(zhǎng)（用于微生物DNA提取的水樣不作該處理）。水體樣品處理和保存按照《水質(zhì)采樣樣品的保存和技術(shù)管理規(guī)定》進(jìn)行[8]。

1.2.2 水樣處理

水樣前處理：取水樣500 mL，先用水系玻璃纖維濾膜過(guò)濾，然后加入0.5 g NA2EDTA。基于固相萃取法（SPE）富集水體中抗生素：分別用10 mL甲醇和 10 mL超純水活化 HLB小柱[9]，以 5～10 mL/min進(jìn)行上樣，使用25 mL5%甲醇水（V甲醇∶V水）潤(rùn)洗取樣容器，再次上樣。使用10 mL超純水沖洗HLB小柱，去除雜質(zhì)。

樣品洗脫與保存：將富集抗生素后的HLB小柱通過(guò)減壓真空處理120 min，以去除柱體內(nèi)殘余水分。用6 mL甲醇，緩慢洗脫，收集洗脫的甲醇溶液，使用氮吹儀吹干，加入60%甲醇水（V甲醇∶V水）定容至 1 mL ，震蕩儀200 r/min震蕩 20 min，0.22 μm有機(jī)相濾膜過(guò)濾，貯存于棕色進(jìn)樣瓶中，避光保存于-20 ℃。

1.3 分析方法

1.3.1 高通量測(cè)序方法

將采集的2 000 mL水樣通過(guò)0.45 μm纖維玻璃膜進(jìn)行減壓真空抽濾，每個(gè)采樣點(diǎn)的樣品抽濾4份。將截留有水體微生物的纖維玻璃膜裝于15 mL離心管中，液氮冷凍保存，并送至北京諾禾致源生物科技有限公司進(jìn)行16S rDNA高通量測(cè)序。

1.3.2 抗生素殘留分析方法

本文使用前期建立好的方法[10]對(duì)樣品進(jìn)行分析。液相條件：Athena C18-WP色譜柱（2.1×150 mm,3 μm）；進(jìn)樣量：5 μL；流動(dòng)相流量：0.5 mL/min；柱溫：40 ℃；流動(dòng)相A為0.1%甲酸，流動(dòng)相B為乙腈。梯度洗脫程序：0 min 20%B, 4 min 40%B, 6 min 100%B, 7 min 100%B, 7.5 min 20%B, 9 min 20%B。質(zhì)譜條件：UPLC-MS/MS采用多重反應(yīng)模式，ESI電離子源；干燥氣流量和溫度為6 mL/min和325 ℃；鞘氣流量為11 L/min；電離電壓2.5 kV；霧化器壓力 45 psi（1 psi=9.895 kPa）。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)方法

使用Origin 2018制作抗生素殘留柱狀圖、抗生素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的熱圖和α-多樣性指數(shù)柱狀圖；OUT水平上的稀釋曲線圖、微生物群落占比柱狀圖由諾禾致源生物科技有限公司處理提供；抗生素-微生物占比冗余分析圖使用CANON 5軟件制作；SPSS Statistics 22軟件比較數(shù)據(jù)均值，并進(jìn)行抗生素與微生物群落組成與α-多樣性指數(shù)之間的相關(guān)性分析。

1.4 抗生素殘留環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

依據(jù)歐盟指導(dǎo)文件中相關(guān)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[11]，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)熵值法對(duì)水環(huán)境中抗生素殘留的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)熵RQEcotox(Risk Quotient of Ecotoxicity)進(jìn)行評(píng)估，假設(shè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中抗生素之間作用不存在“協(xié)同作用”或“拮抗作用”。公式如下：

式中：MEC——環(huán)境中污染物實(shí)際檢出質(zhì)量濃度；

PENCEcotox——環(huán)境生態(tài)毒性的預(yù)測(cè)無(wú)效應(yīng)濃度。

其 中 RQEcotox＜0.1 為 低 風(fēng) 險(xiǎn) 范 圍 ；0.1≤RQEcotox＜1 為中等風(fēng)險(xiǎn)范圍；RQEcotox≥1 為高風(fēng)險(xiǎn)范圍。本文所用于評(píng)估的PENCEcotox數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 抗生素初級(jí)生產(chǎn)者毒理數(shù)據(jù)與PENCEcotox1） μg/L

2 結(jié)果與討論

2.1 水體抗生素殘留濃度分析

對(duì)沱江流域6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位（YSZ、JXC、HDDK、LJS、BJ和SHM）進(jìn)行了抗生素殘留分析（圖1）。BJ和SHM及LJS 3個(gè)中上游監(jiān)測(cè)點(diǎn)抗生素殘留水平較低，除 OTC、TE、CTX、CEX、AMX、NOR和CTC等7種抗生素未檢出外，其余8種抗生素均有檢出，濃度在 0.72 ～32.2 ng/L之間，除 CAP（32.20 ng/L）濃度較高以外，其余抗生素檢出濃度均低于15 ng/L。3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位累計(jì)殘留濃度在9.29～76.88 ng/L，與王若男[19]等的研究結(jié)果相符，低于我國(guó)河流平均檢出水平[20]。

圖1 沱江流域監(jiān)測(cè)點(diǎn)位抗生素殘留量

沱江中游的YSZ監(jiān)測(cè)點(diǎn)共檢出7種抗生素，其中 NOR（61.30 ng/L）、MOX（54.81 ng/L）、ENR（24.80 ng/L）和 CAP（33.98 ng/L）為主要?dú)埩艨股?，其?種抗生素濃度低于10 ng/L。FQs是該點(diǎn)位的主要抗生素類型。下游2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，JXC監(jiān)測(cè)點(diǎn)除 TE、AMP、SMZ、SD、CTX和 CTC未檢出外，其余9種抗生素均有檢出，濃度在3.1 ng/L-179.9 ng/L之間。其中 OTC（179.90 ng/L）、CEX（88.65 ng/L）、AMX（16.64 ng/L）、NOR（39.04 ng/L）和CAP（25.23 ng/L）等抗生素檢出濃度較高。JXC監(jiān)測(cè)點(diǎn)是沱江流域抗生素檢出濃度最高的點(diǎn)位。HDDK監(jiān)測(cè)點(diǎn)除AMP和CTX未檢出外，其余13種抗生素均有檢出，濃度在4.62～79 ng/L之間，累計(jì)殘留濃度 411.9 ng/L。其中OTC（52.86 ng/L）、TE(62.47 ng/L)、ENR（48.80 ng/L）和MOX（74.00 ng/L）是主要的殘留抗生素。沱江下游HDDK和JXC兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)人用和獸用抗生素均有檢出，且殘留濃度水平相對(duì)較高，比長(zhǎng)江重慶段[21]稍高。TCs是本研究中檢出濃度最高的一類抗生素，而TCs是我省獸用領(lǐng)域使用量最大的一類抗生素之一[22]，與本次探究結(jié)果相符。

沱江流域共14種抗生素檢出，濃度在0.71 ～177.98 ng/L之間，抗生素累計(jì)濃度在 76.88～486.32 ng/L之間，總體比漢江干流[23]稍高，而比黃河[24]、九龍江[25]干流稍低。沱江水體抗生素污染總體呈階梯狀，上游至下游水體抗生素檢出濃度逐漸增加。沱江上游流經(jīng)工業(yè)城市-德陽(yáng)和成都市邊緣區(qū)縣-金堂縣，抗生素消耗產(chǎn)業(yè)相對(duì)較少，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位檢出濃度相對(duì)較低。沱江下游所在的資陽(yáng)、內(nèi)江、自貢和瀘州人口密集，畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖和醫(yī)療企業(yè)等抗生素使用量較大的企業(yè)分布較廣。處于中下游3個(gè)點(diǎn)位（YSZ、JXC和HDDK）抗生素檢出濃度較高，受污染程度稍重，LEV、ENR、NOR、CLI、MOX和CAP等抗生素均有檢出。LEV、CLI和MOX是臨床上常用的抗生素，該類殘留可能來(lái)源自醫(yī)療廢水；ENR和NOR是畜禽養(yǎng)殖上治療或預(yù)防腸道感染和作為促生長(zhǎng)劑的常用抗生素；CAP廣泛應(yīng)用于動(dòng)物諸多疾病的防治，該3種抗生素可能來(lái)自養(yǎng)殖廢水。JXC和HDDK等下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)位檢出濃度高，附近流域可能存在污染源，應(yīng)當(dāng)予以重視。值得一提的是，我國(guó)2016年在獸用藥物領(lǐng)域禁止了NOR等抗生素的使用，而中下游3個(gè)點(diǎn)位均檢出，提示該區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖企業(yè)可能存在違規(guī)用藥的問題。水體中人用和獸用抗生素均有檢出，沱江受城市廢水和畜禽養(yǎng)殖廢水污染的可能性較大。

2.2 水體殘留抗生素所致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

采用風(fēng)險(xiǎn)熵值法對(duì)沱江流域6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位殘留抗生素引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，RQEcotox范圍在0-6.74。除BJ和SHM外，其余4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位處于高風(fēng)險(xiǎn)水平（圖2）。其中，LJS監(jiān)測(cè)點(diǎn)AMP（RQEcotox4.59）檢出濃度處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；YSZ監(jiān)測(cè)點(diǎn)AMP（RQEcotox6.74）和 NOR（RQEcotox3.06）檢出濃度處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；JXC監(jiān)測(cè)點(diǎn)AMX（RQEcotox4.49）和NOR（RQEcotox1.95）檢出濃度處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；HDDK監(jiān)測(cè)點(diǎn) TE（RQEcotox1.03）、AMX（RQEcotox4.25）和NOR（RQEcotox1.71）檢出濃度處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位殘留抗生素對(duì)水生生物造成毒性作用的可能性大。15種抗生素中共有4種處于高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，NOR是HDDK、JXC和YSZ三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子；TE僅在HDDK監(jiān)測(cè)點(diǎn)表現(xiàn)為高風(fēng)險(xiǎn)。AMP（＜2.1 ng/L）和 AMX（＜17 ng/L）檢出濃度低，但卻為4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。相反，檢出濃度最高的CTC（177.98 ng/L）處于中等風(fēng)險(xiǎn)水平，AMX和AMP對(duì)沱江水生生物的毒性作用更顯著。我國(guó)河流檢出抗生素RQEcotox基本在10-3～102數(shù)量級(jí)之間[19,26-30]相比，沱江流域水體RQEcotox處于中等水平。

圖2 沱江水體抗生素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

2.3 沱江水體微生物群落結(jié)構(gòu)與多樣性

2.3.1 微生物α多樣性分析及空間分布差異特征

通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)分析沱江水體中微生物多樣性結(jié)構(gòu)狀況，檢測(cè)到有效序列共427 824條，平均每個(gè)樣品為17 826條。物種稀釋曲線隨橫坐標(biāo)趨向平緩（圖3），從側(cè)面說(shuō)明本次測(cè)序的合理性。

圖3 沱江水體微生物在OUT水平上的稀釋曲線

通過(guò)α-多樣性指數(shù)顯示（圖4），24個(gè)樣本中Goods coverage指數(shù)均大于0.98，說(shuō)明本次微生物測(cè)序結(jié)果真實(shí)可靠。平均物種指數(shù)在YSZ點(diǎn)位最高，為2 141.75，在JXC點(diǎn)位最低，為1 850.5。香農(nóng)指數(shù)和辛普森指數(shù)分別在BJ和YSZ監(jiān)測(cè)點(diǎn)最高，二者在HDDK監(jiān)測(cè)點(diǎn)最低。Chao1指數(shù)在SHM最高，為2 956.12，在YSZ最低，為2 323.16。上游、中游和下游Species指數(shù)存在顯著性差異（p＜0.05）。沱江流域4個(gè)微生物多樣性指數(shù)（Species指數(shù)、Shanoon指數(shù)、Simpson指數(shù)和Chao1指數(shù)）均高于白洋淀[31]和南部海洋和濕地[32]的報(bào)道。

圖4 微生物多樣性系數(shù)分布圖

2.3.2 沱江流域微生物群落結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)高通量測(cè)序技術(shù)分析了沱江水體中的微生物群落結(jié)構(gòu)（圖5），其微生物主要包括：變形菌門（Proteobacteria，20.08%～60.91%） 、 擬 桿 菌 門（Bacteroidota，6.97%～34.63%） 、 放 線 菌 門（Actinobacteriota，13.06%～28.64%）、藍(lán)細(xì)菌門（Cyanobacteria，0.44%～34.53%） 、 厚 壁 菌 門（Firmicutes， 0.35%～6.51%） 、 浮 霉 菌 門（Planctomycetota，0.15%～9.71%） 、 疣 微 菌 門（Verrucomicrobiota，0.35%～2.82%）、酸桿菌門（Acidobacteriota，0.09%～0.24%）、彎曲桿菌門（Campilobacterota，0.19%～0.69%）。 變形菌門在BJ監(jiān)測(cè)點(diǎn)占比最高（60.91%），在HDDK監(jiān)測(cè)點(diǎn)占比最低（20.08%）；擬桿菌門在SHM監(jiān)測(cè)點(diǎn)占比最高（34.63%），在HDDK占比最低（6.97%）；放線菌門在YSZ監(jiān)測(cè)點(diǎn)占比最高（28.64%），在BJ監(jiān)測(cè)點(diǎn)位占比最低（13.06%）；藍(lán)細(xì)菌門在HDDK監(jiān)測(cè)點(diǎn)占比最高（34.53%），在SHM監(jiān)測(cè)點(diǎn)占比最低（0.44%）。

圖5 沱江水體微生物群落結(jié)構(gòu)

水體中變形菌門、擬桿菌門和放線菌門為優(yōu)勢(shì)種群，與申立娜[33]在白洋淀的研究結(jié)果相似。通過(guò)上游、中游和下游監(jiān)測(cè)點(diǎn)樣本的微生物（門水平）占比進(jìn)行方差分析，發(fā)現(xiàn)沱江水體中放線菌門、疣微菌門和酸桿菌門分布的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.05）。總體來(lái)看，沱江流域上、中、下游水體少部分的微生物占比存在差異，但差異較小。中游區(qū)域微生物多樣性和豐富度最高，該區(qū)域有九曲河、球溪河和蒙溪河等大小河流匯合，且資陽(yáng)和內(nèi)江段人口稠密，養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，這可能與該區(qū)域有機(jī)質(zhì)污染（如氮、磷和有機(jī)質(zhì)等），水體富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)。

2.3.3 沱江水體抗生素殘留與微生物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

本文以水體抗生素殘留量為環(huán)境變量，微生物多樣性指數(shù)為物質(zhì)變量進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，探究抗生素殘留對(duì)菌群多樣性的影響。結(jié)果得到，AMP[0.849Species（p＜0.05）]與 Species指數(shù)呈顯著性正相關(guān)。 TE[-0.978Simpson（p＜0.01）]、 AMX[-0.887Simpson（p＜0.05）]、SD[-0.971Simpson（p＜0.01）]和 CTC[-0.969Simpson（p＜0.01）]與 Simpson 指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性；AMP[-0.898Coverage（p＜0.05）]和 CAP[-0.832Coverage（p＜0.05）]與 Coverage指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性。除AMP外，其余4種抗生素對(duì)微生物多樣性指數(shù)均呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)?；前奉悓?duì)Simpson指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性與王美研究結(jié)果[34]相符。同時(shí)多類研究結(jié)果[35-36]表明喹諾酮類抗生素對(duì)Chao1指數(shù)呈正相關(guān)性，對(duì)Shannon指數(shù)呈負(fù)相關(guān)性[33]，而本文未體現(xiàn)出類似結(jié)果，但與深圳河干流[35]研究結(jié)論相同。這可能是由于殘留抗生素和其他的環(huán)境因子（有機(jī)質(zhì)、重金屬、總磷和總氮等）共同作用，使河流不同段位微生物群落多樣性存在差異。

2.3.4 沱江水體抗生素殘留與微生物群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

本文以抗生素殘留量為環(huán)境變量，微生物群落結(jié)構(gòu)（門水平）為物質(zhì)變量進(jìn)行RDA冗余分析，以探究抗生素對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)的影響（圖6）。通過(guò)蒙特卡洛檢驗(yàn)，選擇了解釋率較高的四類微生物作為分析對(duì)象，其中軸1解釋了44.61%的環(huán)境變量，軸2解釋了26.82%的環(huán)境變量，合計(jì)解釋變量71.43%。其中LEV和SMZ對(duì)酸桿菌門和疣微菌門呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性；AMX、AMP和OTC對(duì)浮霉菌門和藍(lán)細(xì)菌門呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)。TE[0.981藍(lán)細(xì)菌門（p＜0.01） ，0.992浮霉菌門（p＜0.01）]、SD[0.978藍(lán)細(xì)菌門（p＜0.01），0.897浮霉菌門（p＜0.05）]和CTC[0.972藍(lán)細(xì)菌門（p＜0.01），0.999浮霉菌門（p＜0.01）]對(duì)浮霉菌門和藍(lán)細(xì)菌門有顯著的相關(guān)性；SMZ（[-0.936疣微菌門（p＜0.01），-0.920酸桿菌門（p＜0.01）]）、CLI[-0.894疣微菌門（p＜0.05），-0.918酸桿菌門（p＜0.05）]、MOX[0.951疣微菌門（p＜0.01），0.850酸桿菌門（p＜0.05）]和 CAP[0.817疣微菌門（p＜0.05），0.934酸桿菌門（p＜0.01）]對(duì)疣微菌門和酸桿菌門有顯著的相關(guān)性，其余微生物與抗生素之間無(wú)顯著性關(guān)系。

圖6 抗生素殘留水平-微生物群落占比冗余分析

抗生素在水體中可以通過(guò)多種途徑抑制或殺死微生物，也可以直接或間接改變微生物群落。有學(xué)者研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)TE與OTC對(duì)微生物群落顯示正相關(guān)性[37]，磺胺二甲基嘧啶能長(zhǎng)期影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和組成[34]，與本研究中磺胺類和TE類分析結(jié)果相印證。通過(guò)上述結(jié)果可得，不同種類抗生素對(duì)微生物群落影響的影響存在差異，而本文結(jié)果與艾比湖[38]研究相似，β-內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類抗生素對(duì)微生物群落結(jié)構(gòu)有較大影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)沱江流域六個(gè)省監(jiān)測(cè)斷面和國(guó)控考核斷面水體樣本中抗生素殘留種類及殘留濃度進(jìn)行測(cè)定，并基于高通量測(cè)序的手段分析了抗生素殘留對(duì)水體微生物多樣性的影響。沱江流域抗生素檢出濃度在0.71 ～177.98 ng/L，與全國(guó)河流相比總體處于普通水平。中游和下游區(qū)域抗生素檢出濃度上游區(qū)域檢出濃度遠(yuǎn)高于上游，受污染程度稍重，這可能受城市廢水和養(yǎng)殖廢水污染的可能性大。中游和下游河段監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，殘留抗生素對(duì)水生生物造成毒性作用的可能性較大。AMX、AMP和NOR三種抗生素是主要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。高通量測(cè)序分析表明，β-內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類抗生素對(duì)多類微生物群落結(jié)構(gòu)影響顯著。本研究結(jié)果為研究水體抗生素殘留及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提供了一定的理論基礎(chǔ)，同時(shí)為有關(guān)部門制定完善醫(yī)療機(jī)構(gòu)和養(yǎng)殖企業(yè)廢污排放相關(guān)政策，降低抗生素的排放提供了一定理論支撐。

由于沱江流域跨度較大，本文未對(duì)選定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析。后續(xù)工作中，可以通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方式分析水體抗生素殘留的季節(jié)性變化規(guī)律。同時(shí)，由于目前尚無(wú)抗生素在極低濃度下的藥理學(xué)參數(shù)和模型，風(fēng)險(xiǎn)熵值法評(píng)價(jià)抗生素所致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有一定的局限性。環(huán)境抗生素殘留會(huì)引起細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生，將細(xì)菌耐藥性作為重要的參數(shù)引入水體抗生素引發(fā)的耐藥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，量化水體抗生素誘發(fā)環(huán)境細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的閾值濃度及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，是今后環(huán)境抗生素殘留風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的重要方向。