城市生活垃圾填埋场中抗生素残留浓度征及抗性基因相关性研究

作     者：孙金昭 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢冰

授予年度：2017年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：城市垃圾填埋场 渗滤液 固体废弃物 抗生素 抗性基因 

摘      要：抗生素(Antibiotics,ABs)滥用是目前许多国家和地区面临的重要问题,其在环境中的残留加速诱导了环境中耐药性细菌以及抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的产生、传播,对周边环境带来潜在生态和健康风险。我国是抗生素生产和使用大国,药物因回收体制不健全,大多混入日常生活垃圾进入城市生活垃圾填埋场,但目前对于城市生活垃圾填埋场中抗生素残留及其浓度特征的研究却鲜有报道。关注城市生活垃圾填埋场环境介质中的抗生素残留及其抗性基因之间相关性研究,对提高关于抗生素的认识及其风险意识具有重要意义。本研究采集了上海市老港和黎明城市生活垃圾填埋场固体废弃物和渗滤液样品,采用SAX-HLB串联固相萃取和超高效液相色谱三重四级杆质谱联用仪(UPLC-3QMS)检测分析填埋场固体废弃物和渗滤液中15种抗生素的检出浓度及其浓度分布特征;采用荧光定量PCR分析填埋场固体废弃物和渗滤液中7种抗生素抗性基因。探讨了填埋场环境中抗生素及其抗性基因之间的相关性,为城市生活垃圾填埋场中抗生素的迁移转化、风险评估提供参考依据。研究发现,在填埋场渗滤液中,四环素类(TCs)、喹诺酮类(FQs)、磺胺类(SAs)、大环内脂类(MLs)、β-内酰胺类(BLs)5类15种抗生素在渗滤液中均有不同浓度检出,其中磺胺二甲基嘧啶(SMZ)、诺氟沙星(NOR)、氧氟沙星(OFL)、罗红霉素(RTM)和去水红霉素(ETM-HO)5种抗生素检出率达到100%。去水红霉素在渗滤液中检出浓度最高(20200.0 ng/L),平均检出浓度达到5695.7 ng/L,其次分别为OFL、NOR,最高检出浓度分别为6950.0 ng/L、3225.0 ng/L,平均检出浓度分别为1870.9 ng/L、1101.2 ng/L,阿莫西林在渗滤液中检出浓度较低,平均检出浓度仅为8.6 ng/L,检出率22.0%。抗生素在老龄渗滤液(3075.8±4004.0ng/L)中浓度均低于新鲜(15063.6±2475.9ng/L)和黎明渗滤液(13628.5±8792.5 ng/L)中浓度(pp0.01),老港新鲜和黎明渗滤液中抗生素检出浓度无明显差异(p=0.107)。三种渗滤液(老港老龄、新鲜和黎明渗滤液)在雨季的抗生素浓度相比旱季渗滤液中的浓度均存在不同程度降低,其中老龄渗滤液和黎明渗滤液中抗生素浓度下降程度分别达到93%(5737.9±4229.4 ng/L vs 413.6±38.0ng/L)和 78%(22398.6±887.1 ng/L vs 4858.4±24.4ng/L);而新鲜渗滤液中抗生素浓度仅下降28%(17135.0±1931.4 ng/L vs 13003.4±322.6 ng/L),浓度下降程度较低。在填埋场固体废弃物中,TCs、QNs、MLs三类9种抗生素的检出率均达到100%,SAs和BLs两类抗生素的检出率为23.4-93.6%;喹诺酮类抗生素NOR和OFL最高检出浓度分别达到1497.5 μg/kg和1250.0 μg/kg,平均检出浓度分别为260.1 μg/kg和215.8 μg/kg,阿莫西林(AMOX)在所有固体废弃物样品中的检出浓度普遍较低,平均检出浓度小于0.1 μg/kg。相比黎明填埋场固体废弃物中的抗生素检出浓度,TCs、QNs和MLs三类抗生素在老港填埋场固体废弃物中的抗生素检出浓度均普遍降低(p0.05),而SAs和BLs在两个填埋场固体废弃物中的检出浓度无显著变化。在老港填埋场填埋表层(0.5-1.5m)的固体废弃物样品中,呈现出抗生素浓度在深度上的变化特征,除BLs外其它四类抗生素(TCs、QNs、SAs、MLs)在1.5 m深度处的抗生素检出浓度均高于其在0.5 m深度处的检出浓度(p0.05),而黎明填埋场填埋表层固体废弃物中则无此浓度分布特征。这可能是由于老港填埋场中固体废弃物已处于填埋成熟阶段,且抗生素在雨水、渗滤液等作用向下迁移扩散所致。研究选择检测了 7种抗生素抗性基因(tetQ、tetW、mefA、ermB、sul1、sul2和mexF)以及整合子int1。检测结果显示,在填埋场渗滤液中,7种ARGs的检出浓度为2.91×10～4.88×10 copies/ngDNA,整合子int1检出浓度为4.55×10～8.31×10 copies/ngDNA;在填埋场固体废弃物中,tetQ、tetM、mefA三种ARGs检出浓度低于标准曲线定量范围,ermB、sul1、sul2和mexF四种ARGs的检出浓度为1.85×1 02～5.07×1 06 copies/ngDNA,整合子int1检出浓度为6.90×105～1.86×108 copies/ngDNA。分析抗生素与其抗性基因之间相