强氯精对对虾养殖用水中抗生素抗性基因的影响

夏涛涛, 苏浩昌, 胡晓娟, 徐煜, 文国樑, 曹煜成, 余招龙

夏涛涛, 苏浩昌, 胡晓娟, 徐煜, 文国樑, 曹煜成, 余招龙. 强氯精对对虾养殖用水中抗生素抗性基因的影响[J]. 南方水产科学, 2022, 18(6): 85-92. DOI: 10.12131/20210361
引用本文: 夏涛涛, 苏浩昌, 胡晓娟, 徐煜, 文国樑, 曹煜成, 余招龙. 强氯精对对虾养殖用水中抗生素抗性基因的影响[J]. 南方水产科学, 2022, 18(6): 85-92. DOI: 10.12131/20210361
XIA Taotao, SU Haochang, HU Xiaojuan, XU Yu, WEN Guoliang, CAO Yucheng, YU Zhaolong. Effect of trichloroisocyanouracic acid on antibiotic resistance genes in aquaculture water of shrimp[J]. South China Fisheries Science, 2022, 18(6): 85-92. DOI: 10.12131/20210361
Citation: XIA Taotao, SU Haochang, HU Xiaojuan, XU Yu, WEN Guoliang, CAO Yucheng, YU Zhaolong. Effect of trichloroisocyanouracic acid on antibiotic resistance genes in aquaculture water of shrimp[J]. South China Fisheries Science, 2022, 18(6): 85-92. DOI: 10.12131/20210361

强氯精对对虾养殖用水中抗生素抗性基因的影响

基金项目: 广东省重点领域研发计划 (2021B0202040001);国家现代农业产业技术体系 (CARS-48);广东省自然科学基金项目 (2019A1515011618);广东省现代农业产业技术体系创新团队 (2019KJ149);中国水产科学研究院基本科研业务费专项资金 (2020TD54, 2020XK02);中国水产科学研究院南海水产研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助 (2021SD08)
详细信息
    作者简介:

    夏涛涛 (1995—),男,硕士研究生,研究方向为养殖环境安全。E-mail: 1903096289@qq.com

    通讯作者:

    曹煜成 (1979—),男,研究员,博士,研究方向为水产健康养殖和养殖生态环境调控。E-mail: cyc_715@163.com

  • 中图分类号: S 949

Effect of trichloroisocyanouracic acid on antibiotic resistance genes in aquaculture water of shrimp

  • 摘要: 为探讨渔用氧化剂——强氯精 (三氯异氰脲酸,C3Cl3N3O3) 对养殖水体环境中抗生素抗性基因 (Antibiotic resistant genes, ARGs) 的去除并控制其传播的可行性,采用实时荧光定量PCR技术,分别对近海水源水、蓄水沉淀池水体、氧化消毒后养殖备用水中的ARGs浓度进行为期29 d的监测分析,其中氧化消毒时的强氯精使用质量浓度为40 mg·L−1。测定的ARGs包括sul1sul2tetXtetMfloRcmlAqnrA 7种养殖环境中常见的ARGs。结果显示,sul1sul2floRtetX为上述3种水样中的优势ARGs。近海水源水中ARGs的种类数量及总浓度均最高;蓄水沉淀池水体中ARGs的总浓度低于水源水,sul2floR的浓度分别较水源水降低了0.86和0.34 lg;经氧化消毒后水体中ARGs的总浓度也有所下降,sul2floR的浓度与水源水相比分别降低了1.58和1.30 lg。可见,近海水源水是池塘环境中ARGs的主要来源,使用强氯精对其进行氧化消毒,可明显降低水体中常见ARGs水平,有助于防控ARGs在养殖环境中的传播。
    Abstract: In order to explore the feasibility of removing and controlling the spread of antibiotic resistant genes (ARGs) by the fishing oxidant trichloroisocyanuric acid (C3Cl3N3O3) in the aquaculture water environment, we applied the real-time quantitative PCR to monitor and determine the ARGs concentrations in the offshore source water, storage water of sedimentation tank and reserved water after oxidation and disinfection for 29 d. The final concentration of trichloroisocyanuric acid used for oxidation and disinfection was 40 mg·L−1. The target ARGs were commonly found in the aquaculture environments, including sul1, sul2, tetX, tetM, floR, cmlA and qnrA. The results show thatsul1, sul2, floR and tetX were the dominant ARGs among the above mentioned water samples. The number of types and total concentration of ARGs were the highest in offshore source water. The total concentrations of ARGs in the storage water of sedimentation tank were lower than those in the offshore source water, especially that the concentrations of sul2 andfloR were 0.86 and 0.34 lg lower than those in the offshore source water, respectively. After the oxidation and disinfection by trichloroisocyanuric acid, the total concentrations of ARGs in the reserved water decreased, and compared with the offshore source water, the concentrations of sul2 and floR decreased by 1.58 and 1.30 lg, respectively. The results indicate that offshore source water is the main source of ARGs in the aquaculture environment. Oxidation and disinfection treatment on offshore source water with trichloroisocyanuric acid can reduce the concentrations of common ARGs in the aquaculture water significantly, which is helpful to prevent and control the spread of ARGs in aquaculture environments.
  • 斑节对虾 (Penaeus monodon) 适盐度广、生长迅速、出肉率高,是我国和世界三大主要养殖对虾之一[1]。目前我国斑节对虾的养殖模式主要有池塘高密度养殖、虾蟹混养和虾鱼混养等方式[2]。虾蟹混养是一种高空间利用率、高收益的虾类和蟹类2种不同甲壳动物混合养殖的复合生态养殖模式[3]。蟹类主要是锯缘青蟹 (Scylla serrata),由于蟹类为杂食性,能够摄食病弱或死亡的鱼虾、小型底栖动物等,对于对虾残饵的利用和水质净化有一定作用,可促进养殖塘底层物质循环和能量流动,提高营养物质的利用率[4]。虾蟹混养是一种复合生态养殖模式,因其持续稳定的养殖产量而备受欢迎。

    浮游植物是指在水体中生活的微小植物,大小在几微米至几百微米之间,是水生生态系统中最主要的初级生产者,是食物网的基础[5]。浮游植物通过光合作用将水体中无机物转换为有机物,是水体中动物的主要食物来源,并且能够提高养殖水体中溶氧 (DO) 含量、吸收水体中的有毒有害物质、降低氨氮含量,保持养殖水体的稳定,其群落结构的变化对水生生态系统有着重要影响,主要包括能量流动、物质循环和信息传递[6]。浮游植物的生长繁殖极易受到外界环境的影响,其对环境条件的变化能够迅速做出响应,因此被视作水生生态系统的重要指示物[7-8]

    浮游植物作为饵料生物的基础,在池塘养殖过程中发挥了重要作用,与其相关的研究也日益受到重视。李俊伟等[9]研究对虾池塘混养鲻鱼 (Mugil cephalus) 和罗非鱼 (Oreochroms mossambcus) 对水环境及对虾生长的影响,探讨了浮游植物的变化特征;孔谦[10]也对凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 与鲻鱼混养中精养池的理化因子进行了研究。目前有关虾蟹混养的研究较少,特别是针对混养池塘浮游植物群落结构的研究更是鲜见报道,本研究对广州市番禺区3个虾蟹混养池塘进行逐月调查,分析和探讨了养殖过程中浮游植物种类组成及其数量变化状况,旨在摸清虾蟹混养池塘浮游植物种群结构特征及其与环境因子的关系,以期为虾蟹混养的健康发展提供理论依据。

    在广州市番禺区十六涌选取3个虾蟹混养池塘 (1#、2#、3#),水深2 m,3月初开始投放虾苗,每20 d投放1次;4月初开始投放蟹苗,每2个月投放1次。虾蟹分别投放4次,6月初开始捕获虾蟹。2018年3—11月对3个混养池塘进行逐月调查,采集池塘水质样品和浮游植物样品,带回实验室测定和鉴定。

    1) 样品采集和保存。采用容积为5 L的有机玻璃采水器,在每个池塘四角和中央采集表层水,用滤膜现场过滤,用玻璃瓶收集适量过滤水保存,带回实验室测定。2) 样品测定。营养盐的分析测定参照国家标准《海洋调查规范第2部分:海洋水文观测》 (GB/T 12763.2—2007)、《海洋调查规范第4部分:海洋化学要素观测》 (GB/T12763.4—2007) 和《海洋监测规范第4部分:海水分析》 (GB 17378.4—2007);叶绿素a的分析测定参照《海洋监测规范第7部分:近海污染生态监测和生物监测》 (GB 17378.7—2007) 中规定的方法。

    1) 样品采集和保存。在每个池塘四角和中央用5 L采水器各采水样一份,经浮游生物网过滤后混合装入1 L采样瓶,并现场加入适量的5%甲醛溶液固定保存,带回实验室[11]。在实验室静置24 h,弃去上清液,浓缩后于高倍镜下鉴定浮游植物种类,并进行数量分析。2018年9月由于突发事件未采集到样品。2) 样品鉴定。采用显微镜鉴定。浮游植物样品定性分析和种类鉴定方法依据《中国淡水藻类》[12]、《中国海藻志》[13]、《中国淡水藻类》[14]、《中国淡水生物图谱》[15]、《环境微生物图谱》[16]。在10×40倍光学显微镜下进行,每次取0.1 mL样品放入浮游植物方格计数板计数,观察计数格,每个样品计数2片,2次求平均值作为最终结果,2片计数结果差异不超过15%,若相差较大,则再取1次计数,然后取数值相差较小的2片取平均值,即为浮游植物细胞密度[17]

    浮游植物物优势度 (Y) 应用以下公式计算:

    $$ Y=\dfrac{{{n_i}}}{N}\times{f_i} $$

    式中ni为第i种的个体数;fi是该种在各站中出现的频率;N为所有站每个种出现的总个体数。

    Shannon-Weaver多样性指数的计算公式为:

    $$H' = - \sum\limits_{i = 1}^S {{P_i}{{\log }_2}{P_i}} $$

    式中H′为种类多样性指数,S为样品中的种类总数,Pi为第i种的个体数与总个体数的比值。

    数据分析、处理以及图表的制作使用Excel 2016、Origin 2017、Canoco 5等软件。

    浮游植物调查结果见附录1 (详见http://dx.doi.org/10.12131/20190233的资源附件)。共鉴定出浮游植物5门29种,其中硅藻种类最多 (19种),占浮游植物种类数的65.5%;其次是蓝藻,共5种,占浮游植物种类数17.2%;甲藻3种,绿藻和裸藻各1种。每次采样中各塘浮游植物出现频次最多的有2门5种,其中硅藻门4种,分别为尖布纹藻 (Gyrosigma acuminatum)、新月菱形藻 (Nitzschia closterium)、柔弱菱形藻 (N. delicatissima) 和直舟形藻 (Navicula directa),出现的频率分别为10、10、22和9;蓝藻门1种,为小颤藻 (Oscillatoria tenuis),出现的频率为10 (图1-a)。

    图  1  各塘不同月份浮游植物种类组成 (a) 和密度百分比 (b)
    Figure  1.  Species composition (a) and percentage of cell density (b) of phytoplankton in each pond in different months

    各池塘的浮游植物种类在时间上的差异不明显,基本呈先波动下降后小幅度增加的趋势,1#塘浮游植物种类数波动较大。各池塘出现种类数最多的月份各不相同 (图2-a)。其中1#塘出现种类数最多的为5月 (10种);2#和3#塘种类数最大值均出现在养殖初期 (分别为6种和8种)。各月份均以硅藻门种类数最多,其次为蓝藻门和甲藻门,绿藻门和裸藻门的种类仅在养殖后期出现。

    图  2  各塘浮游植物种类数 (a)、细胞密度 (b) 和多样性指数 (c) 的变化趋势
    Figure  2.  Monthly variation of species (a), cell density (b) and biodiversity index (c) of phytoplankton in each pond
    图  3  养殖池塘浮游植物与环境因子冗余排序图
    Figure  3.  RDA ordination biplot of phytoplankton species and environmental variables in pond

    各池塘浮游植物细胞密度的变化趋势见图2-b。浮游植物细胞密度介于2.56×103~189.2×103个·m−3,最大值出现在养殖前期的3—4月,最小值在7—8月。1#塘4月细胞密度最大 (124.8×103个·m−3),其次是5月 (52.92×103个·m−3),7月最低 (6.0×103个·m−3);2#塘3月细胞密度最大 (189.2×103个·m−3),其次是4月 (119.6×103个·m−3),8月最低 (2.56×103个·m−3);3#塘3月细胞密度最大 (118.8×103个·m−3),其次是4月 (82.13×103个·m−3),10月最低 (7.2×103个·m−3)。整个调查期间,3个池塘浮游植物细胞密度的最高值或次高值均出现在3—4月,而较低值均出现在7—8月 (图2-b)。

    各次调查浮游植物细胞密度的组成中均以硅藻门占较高的比例,其他4门藻类所占比例相对较低;各养殖池塘各门浮游植物细胞密度所占百分比变化波动不大,同一月份不同养殖塘浮游植物细胞密度存在较大差异 (图 1-b)。

    各次调查中浮游植物出现的优势种见表1。其中以7月和11月2次调查出现的优势种最多 (均为6种);3月和5月出现的优势种最少 (均为3种)。调查期间各混养池塘出现的优势种有硅藻门的奇异菱形藻、直舟形藻、柔弱菱形藻和尖布纹藻等;甲藻门的大角角藻;蓝藻门的小颤藻。其中柔弱菱形藻在8次调查中均为优势种,尖布纹藻、新月菱形藻和小颤藻在4次调查中为优势种,奇直舟形藻均在3次调查中为优势种,其他优势种在1~2次调查中为当次调查的优势种。由此可知,养殖初期优势种主要为硅藻门的种类,养殖中后期蓝藻门的种类优势度逐渐增加,成为优势种。

    表  1  混养池塘浮游植物优势种
    Table  1.  Dominant species of phytoplankton in polyculture pond
    优势种
    Dominant species
    3月
    Mar.
    4月
    Apr.
    5月
    May
    6月
    Jun.
    7月
    Jul.
    8月
    Aug.
    10月
    Oct.
    11月
    Nov.
    奇异菱形藻 Nitzschia paradoxa 0.411 0.079
    直舟形藻 Navicula directa 0.336 0.216 0.06
    柔弱菱形藻 Nitzschia delicatissima 0.180 0.528 0.628 0.056 0.221 0.108 0.400 0.085
    近缘斜纹藻 Pleurosigma affine 0.037
    大角角藻 Ceratium macroceros 0.145
    尖布纹藻 Gyrosigma acuminatum 0.445 0.197 0.028 0.026
    小颤藻 Oscillatoria tenuis 0.060 0.134 0.386 0.307
    寒带菱形藻 Nitzschia frigida 0.032
    新月菱形藻 Nitzschia closterium 0.021 0.081 0.101 0.053
    二形栅藻 Scenedesmus dimorphus 0.081 0.127
    梭形裸藻 Euglena acus 0.020
    银灰平裂藻 Merismopedia glauca 0.020
    琼氏圆筛藻 Coscinodiscus jonesianus 0.035
    平滑双眉藻 Amphora lavis 0.028
    伏氏海毛藻 Thalassiothrix frauenfeldii 0.222
    大颤藻 Oscillatoria maxima 0.047
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    各混养池塘浮游植物多样性指数的变化趋势见图2-c。调查期间1#塘多样性指数介于0.802~2.140,在5月达到最高值,其次是3月,最低出现在6月;2#塘多样性指数介于0.998~2.247,在11月达到最高值,其次是7月,最低出现在8月;3#塘多样性指数介于0.468~2.597,在4月达到最高值,其次是5月,最低出现在6月。

    各池塘多样性指数的变化趋势各不相同,1#塘4—6月的多样性指数呈先上升后下降的趋势;2#塘3—6月的多样性指数变化幅度较小,7—11月则呈先上升后下降再上升的趋势;3#塘4—11月的多样性指数呈先下降后上升的趋势。

    各养殖塘内浮游植物多样性指数总体上表现为养殖前期低养殖后期高。根据马建新等[18]的浮游植物多样性指数评价标准,1#和2#塘全年的生物多样性都处于较好的范围内,3#塘养殖后期生物多样性水平较差 (图2-c)。

    通过对浮游植物数据去趋势分析 (DCA),发现排序轴长为2.561,小于3,浮游植物群落分布更接近线性模型,根据之前学者的研究内容[19-20],本研究选取水温、pH、DO、总氮 (TN)、盐度、亚硝酸盐 (NO2 -N)、硝酸盐 (NO3 -N)、磷酸盐 (PO4 3−)和铵盐 (NH4 +) 9种环境因子和主要浮游植物优势种的细胞密度进行冗余分析 (RDA),浮游植物代码和环境因子分见表2表3。养殖池塘浮游植物和环境因子关系的RDA排序图结果见图3。轴1和轴2特征值分别为0.263和0.18,前2个环境因子与物种轴之间的相关系数分别为0.939和0.922,拟合度较好,排序轴可以较好地反映浮游植物优势种和环境因子之间的关系;物种-环境累计百分比分别为36.1%和60.9% (表4)。养殖塘中浮游植物细胞密度主要受到营养盐、盐度和pH的影响,不同藻类受到环境因子的影响差异显著 (图3)。本次调查中,B1 (小颤藻) 作为蓝藻门的主要优势种,其细胞密度与水温、pH和DO成显著正相关,水温和pH的影响较大;A2 (柔弱菱形藻)、A4 (奇异菱形藻)、A3 (直舟形藻) 和A5 (近缘斜纹藻) 的细胞密度和NO2 -N、NH4 +、PO4 3−、NO3 -N、TN和盐度呈显著正相关,NO3 -N和盐度对硅藻门影响较大C1 (大角角藻) 细胞密度与水温和PO4 3−呈显著正相关。

    表  2  冗余分析中浮游植物代码种类
    Table  2.  Phytoplankton species codes for redundancy analysis
    代码
    Code
    种类
    Species
    代码
    Code
    种类
    Species
    A1 尖布纹藻
    Gyrosigma acuminatum
    A6 中肋骨条藻
    Skeletonema costatum
    A2 柔弱菱形藻
    Nitzschia delicatissima
    A7 洛伦菱形藻
    Nitzschia lorenziana
    A3 直舟形藻
    Navicula directa
    B1 小颤藻
    Oscillatoria tenuis
    A4 奇异菱形藻
    Nitzschia paradoxa
    C1 大角角藻
    Ceratium macroceros
    A5 近缘斜纹藻
    Pleurosigma affine
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    表  3  养殖池塘浮游植物优势种冗余统计分析信息
    Table  3.  Summary statistic for axes of RDA performed on dominant species in pond
    指标 Factors轴 Axe总方差
    Total variance
    1234
    特征值 Eigenvalues 0.263 0.180 0.141 0.063 1.000
    种类环境相关性 Species-environment correlations 0.939 0.922 0.963 0.632
    累计变量百分比 Cumulative percentage variance
    种类数据 Species data 26.3 44.3 58.4 64.6
    种类环境相关 Species-environment relation 36.1 60.9 80.3 88.9
    总特征值 Sum of all eigenvalues 1.000
    所有典范特征值 Sum of all canonical eigenvalues 0.727
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    本研究表明,养殖塘水体浮游植物细胞密度整体变化规律呈养殖前期较高,中后期较低的趋势,这与养殖塘水体营养盐含量的变化趋势一致 (图4)。营养盐,尤其是N、P含量是影响浮游植物密度的重要因子[21],摄食行为[22]和恶劣天气[23]也会对浮游植物细胞密度产生影响。Teeling等[24]研究表明,浮游植物细胞密度与水体内N、P含量成正相关关系,在一定范围内且其他影响因子一致的情况下,N、P含量越高,浮游植物细胞密度越高,这与本研究结果相一致。Burford和Williams[25]研究表明,水体中有机氮的主要来源是过剩的饵料和虾类排泄物,大量的有机氮在养殖水体内富集,影响水质情况进而影响对虾正常生长。养殖中后期,浮游植物细胞密度的变化可能与蟹类摄食病弱或死亡的对虾、粪便和残饵有关,蟹类的摄食行为会降低水体内有机氮的含量。李志斐等[26]研究发现鲮 (Cirrhinus molitorella) 和凡纳滨对虾混养后水体内的浮游植物细胞密度也呈降低趋势,富营养化程度得到缓解。在虾苗投放前,养殖池塘水体环境相对稳定,浮游植物群落自然演替,藻类群落结构具有相对稳定性。虾苗投放后,塘内的理化因子和浮游生物种群均受到影响,从而导致浮游植物细胞密度改变。对虾通过摄食一定数量的浮游动物,间接地影响了浮游植物的群落结构,幼虾还会滤食部分浮游植物,直接影响浮游植物群落[23]。养殖前期,对虾主要以天然饵料如硅藻浮游动物等为主要食物来源,养殖后期人工投放饵料占据虾食的98%[27]。本研究结果显示,养殖后期3个养殖塘浮游植物数量变化基本趋于平缓。查广才和周昌清[28]研究发现台风、暴雨、持续高温等恶劣天气会导致养殖水环境不稳定,导致浮游植物细胞密度发生较大波动。本研究中7—8月浮游植物细胞密度处于较低水平,这可能与华南地区7—8月强降水和台风等恶劣天气有关。

    图  4  养殖池塘营养盐含量变化图
    Figure  4.  Variation of nutrient content in pond

    本次研究发现,斑节对虾与锯缘青蟹混养养殖塘浮游植物种类共鉴定出5门29种,硅藻和蓝藻所占比重较大,其他藻类较少。郭永坚等[29]在凡纳滨对虾-鲻混养池塘的研究中鉴定出浮游植物7门65种,李志斐等[26]在鲮和凡纳滨对虾混养养殖塘研究中鉴定出浮游植物6门44种,不同水体浮游植物种类数的差异可能跟研究水域及采样时间差异有关[30-32]。本次调查结果显示,不同季节浮游植物种类呈现春秋季>夏季的规律,不同养殖阶段浮游植物优势种不同,养殖初期主要优势种以硅藻为主,养殖中后期优势种逐渐出现了蓝藻门。这可能与养殖后期盐度下降和pH升高有关。盐度是调节浮游植物群落结构的重要因子,养殖初期盐度较高,优势种以硅藻门为主,如柔弱菱形藻和直舟行藻等;养殖后期盐度下降,蓝藻门种类较多并成为优势种。这与吴斌和廖思明[33]在广西北海凡纳滨对虾养殖池塘浮游植物群落结构的研究结果一致,盐度较高的池塘优势种往往是绿藻门和硅藻门,盐度较低的池塘优势种是蓝藻门和甲藻门。谢立民等[34]也指出盐度是影响浮游植物群落结构的重要因子,蓝藻门在盐度较低的虾塘中为主要优势种,当盐度较高时,舟行藻等硅藻门为主要优势种。本次调查结果显示,pH介于7.78~9.21,水体一直处于弱碱性,而浮游植物的最适生长范围为7.75~8.75,过高或过低都会导致浮游植物生物量的减少。pH是由水体内理化因子、浮游生物和养殖物种综合作用的结果,周晴等[35]研究表明,pH高的水体中,蓝藻大量生长繁殖。养殖后期水体内pH上升,蓝藻成为虾塘优势种。浮游植物Shannon-Weaver多样指数介于0.802~2.140,不同季节多样性指数变化差异较大,春秋两季处于较高水平,夏季处于较低水平。养殖中后期,蓝藻大量繁殖成为优势种,因此降低了夏季浮游植物的多样性水平,武秀国等[36]和宋庆洋等[37]的研究中也揭示了这一规律。

    在虾蟹混养养殖塘调查中,共发现浮游植物29种,其中硅藻门种类占绝对优势,其次是蓝藻门,甲藻门、绿藻门和裸藻门的种类数相对较少,浮游植物多样性存在较大的季节差异。浮游植物种类数总体为养殖初期较多,养殖中后期较少。浮游植物细胞密度在养殖初期 (3—5月) 较高,养殖中后期 (6—11月) 较低。

    浮游植物主要的优势种主要为直舟形藻、奇异菱形藻、柔弱菱形藻、尖布纹藻、大角角藻和小颤藻等。浮游植物多样性指数均处于较高水平,由此可见其浮游植物群落结构较为稳定。

    营养盐、盐度和pH是影响池塘浮游植物群落结构的主要环境因子。浮游植物的细胞密度、种类及分布都与环境因子的动态变化密切相关,环境因子的变动可能会改变养殖塘内浮游植物的群落结构。通过调控环境因子来改善浮游植物的群落结构,从而达到优化养殖环境,保持虾塘内生态系统平衡,增强抗干扰能力,进而提高产量和增加收益的目标。

  • 图  1   各样品中ARGs总浓度变化

    注:不同字母代表显著差异 (P<0.05)。

    Figure  1.   Total ARGs concentrations in samples

    Note: Different letters indicate significant difference (P<0.05).

    图  2   不同时刻相同采样点各种优势ARGs的浓度

    Figure  2.   Concentrations of various dominant ARGs at same sampling point at different time

    图  3   3次取样时ARGs总浓度对比

    Figure  3.   Comparison of total ARGs concentrations for three samplings

    表  1   qPCR 反应体系

    Table  1   qPCR reaction solution

    qPCR反应试剂
    qPCR reaction solution
    各组分加样量
    Amount of usage/μL
    荧光定量染料 TB® Premix Ex Taq™ (Tli RNaseH Plus) (2×) 5
    前置引物 (50 μmol·L‒1) Forward primer (50 μmol·L‒1) 0.04
    后置引物 (50 μmol·L‒1) Reverse primer (50 μmol·L‒1) 0.04
    样品DNA Templatea 2
    超纯水 dd H2O 2.92
    体系总量 Total 10
    注:a. 每次定量均设置阳性对照和阴性对照,阳性对照为建立标曲所用标准质粒,阴性对照为dd H2O。 Note: a. Positive control and negative control were set for each run. The positive control was the standard plasmid used to establish the standard curve, and the negative control was dd H2O.
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    表  2   本研究中qPCR 所需引物

    Table  2   Primers used for quantitative PCR in this study

    基因
    Gene
    引物对
    Primer pair
    序列 (5'—3')
    Sequence (5'−3')
    退火温度
    Annealing temperature/℃
    片段大小
    Amplicon size/bp
    参考文献
    Reference
    sul1 FW CGCACCGGAAACATCGCTGCAC 62 163 [20]
    RV TGAAGTTCCGCCGCAAGGCTCG
    sul2 FV TCCGGTGGAGGCCGGTATCTGG 62 191 [20]
    RV CGGGAATGCCATCTGCCTTGAG
    tetX FW AGCCTTACCAATGGGTGTAAA 55 280 [21]
    RV TTCTTACCTTGGACATCCCG
    cmlA FW GCCAGCAGTGCCGTTTAT 55 158 [22]
    RV GGCCACCTCCCAGTAGAA
    floR FW CGGTCGGTATTGTCTTCACG 56 171 [22]
    RV TCACGGGCCACGCTGTAT
    qnrA FW AGGATTTCTCACGCCAGGATT 57 124 [22]
    RV CCGCTTTCAATGAAACTGCA
    tetW FW GAGAGCCTGCTATATGCCAGC 55 168 [23]
    RV GGGCGTATCCACAATGTTAAC
    注:FW. 上游引物;RV. 下游引物。 Note: FW. Forward primer; RV. Reverse primer.
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    表  3   样品中环境因子检测结果

    Table  3   Monitoring results of environmental factors in samples mg·L−1

    检测样品
    Sample
    固体悬浮物
    SS
    氨氮
    NH3-N
    硝酸盐氮
    NO3 -N
    亚硝酸盐氮
    NO2 -N
    无机氮
    IN
    总氮
    TN
    磷酸盐
    PO4 3−
    化学需氧量
    COD
    SY1 36 0.019 0.012 <0.003 0.034 1.18 0.15 22.2
    SY2 9 0.014 <0.006 <0.003 0.016 1.15 0.023 11.2
    SY3 10 0.025 <0.006 <0.003 0.025 0.67 0.017 9.2
    XSC1 2 0.037 <0.006 0.003 0.043 0.39 0.069 2.9
    XSC2 12 0.009 0.009 <0.003 0.019 0.43 0.063 3.2
    XSC3 9 <0.006 0.011 <0.003 0.015 0.75 0.074 4.9
    XD1 4 <0.006 0.25 <0.003 0.255 0.55 0.047 0.8
    XD2 2 0.008 0.311 <0.003 0.322 0.81 0.026 <0.5
    XD3 6 <0.006 0.009 <0.003 0.013 0.69 0.017 <0.5
    注:<. 检测结果小于检出限以,加粗数值代表检出限。 Note: <. Detection result is less than the detection limit, and value in bold represent the detection limit.
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    表  4   样品中ARGs的Ct值检测结果

    Table  4   Ct value of ARGs in samples

    抗生素抗性基因
    ARG
    Ct值 Ct value
    样品
    Sample
    空白
    Blank
    sul1 19.24~25.18 29.33~29.85
    sul2 12.4~17.5 26.53~27.39
    floR 26.99~30.32 33.2~33.93
    cmlA 31.21~34.25 33.65~34.79
    tetw 29.02~31.8 30.21~30.48
    tetX 23.19~30.76 31.7~32.36
    qnrA 33.61~34.05
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    表  5   沉淀及氧化处理对水体中ARGs去除量比较

    Table  5   Comparison of removal effects of ARGs in water by       sedimentation and oxidation treatment    lg

    处理 
    Treatment 
    总 ARGs
    Total ARGs
    floR sul1 sul2 tetX
    沉淀 Precipitation 0.86* 0.34 0.17 0.86* −0.32
    氧化 Oxidation 1.58* 0.71* 0.94* 1.58* 1.30*
    注:*. 表示处理后较水源水中ARGs浓度的差异性显著 (P<0.05)。 Note: *. There is a significant difference in ARGs concentrations in the treated water compared with that in the source water (P<0.05).
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  • [1] 张骞月, 赵婉婉, 吴伟. 水产养殖环境中抗生素抗性基因污染及其研究进展[J]. 中国农业科技导报, 2015, 17(6): 125-134.
    [2]

    KYRIAKOU P K, EKBLAD B, KRISTIANSEN P E, et al. Interactions of a class IIb bacteriocin with a model lipid bilayer, investigated through molecular dynamics simulations[J]. BBA-Biomembranes, 2016, 1858(4): 824-835. doi: 10.1016/j.bbamem.2016.01.005

    [3]

    YANG Y, CAO X, LIN H, et al. Antibiotics and antibiotic resistance genes in sediment of Honghu Lake and East Dongting Lake, China[J]. Microb Ecol, 2016, 72(4): 791-801. doi: 10.1007/s00248-016-0814-9

    [4]

    LULIJWA R, RUPIA E J, ALFARO A C. Antibiotic use in aquaculture, policies and regulation, health and environmental risks: a review of the top 15 major producers[J]. Rev Aquac, 2019, 12(2): 640-663.

    [5]

    WANG J, CHU L, WOJNÁROVITS L, et al. Occurrence and fate of antibiotics, antibiotic resistant genes (ARGs) and antibiotic resistant bacteria (ARB) in municipal wastewater treatment plant: an overview[J]. Sci Total Environ, 2020, 744: 140997. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.140997

    [6] 叶繁, 冯时欢, 吴佳佳, 等. 养殖虾塘常见耐药菌的分离鉴定与耐药基因检测[J]. 生态环境学报, 2019, 28(9): 1843-1849.
    [7] 黄志坚, 陈旭凌, 路晓峰, 等. 水产养殖生物和养殖环境细菌鉴定及抗生素抗性基因检测[J]. 中山大学学报 (自然科学版), 2012, 51(6): 92-96.
    [8] 巴永兵, 娄阳, 赵飞, 等. 水产品批发市场中抗生素抗性基因的污染分析[J]. 食品与生物技术学报 2017, 36(8): 800-806.
    [9]

    SU H, LIU S, HU X, et al. Occurrence and temporal variation of antibiotic resistance genes (ARGs) in shrimp aquaculture: ARGs dissemination from farming source to reared organisms[J]. Sci Total Environ, 2017, 607/608: 357-366. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.07.040

    [10]

    SANAWAR H, XIONG Y, ALAM A, et al. Chlorination or monochloramination: balancing the regulated trihalomethane formation and microbial inactivation in marine aquaculture waters[J]. Aquaculture, 2017, 480: 94-102. doi: 10.1016/j.aquaculture.2017.08.014

    [11] 赵晓雨, 苏浩昌, 徐煜, 等. 渔用氧化剂对水源水和池塘水中磺胺类抗性基因sul1的去除作用[J]. 南方水产科学, 2021, 17(3): 46-53.
    [12] 黎建斌, 陈福艳, 李大列, 等. 三种消毒剂对池塘养殖水中细菌的杀灭效果[J]. 河北渔业, 2018(10): 44-45. doi: 10.3969/j.issn.1004-6755.2018.10.013
    [13] 姜叶琴, 姚健萍, 杨万喜. 水产养殖水体处理方法及应用前景综述[J]. 海洋湖沼通报, 2004(3): 99-104.
    [14] 周孝治, 陈菊芳, 聂湘平, 等. 三氯异氰尿酸在模拟水生态系统中归趋的研究[J]. 生态科学, 2007, 26(4): 361-366.
    [15]

    ZHANG T, HU Y, JIANG L, et al. Removal of antibiotic resistance genes and control of horizontal transfer risk by UV, chlorination and UV/chlorination treatments of drinking water[J]. Chem Eng J, 2019, 358: 589-597. doi: 10.1016/j.cej.2018.09.218

    [16] 刘雨昊, 郭宁, 刘梦梦, 等. 污水中抗生素抗性基因去除技术研究进展[J]. 环境污染与防治, 2021, 43(6): 764-771.
    [17]

    SOUSA J M, MACEDO G, PEDROSA M, et al. Ozonation and UV254 nm radiation for the removal of microorganisms and antibiotic resistance genes from urban wastewater[J]. J Hazard Mater, 2017, 323(Pt A): 434-441.

    [18] 张治国, 李斌绪, 李娜, 等. 污水深度处理工艺对抗生素抗性菌和抗性基因去除研究进展[J]. 农业环境科学学报, 2018, 37(10): 2091-2100. doi: 10.11654/jaes.2018-0098
    [19]

    YOON Y G, CHUNG H J, DI D Y W, et al. Inactivation efficiency of plasmid-encoded antibiotic resistance genes during water treatment with chlorine, UV, and UV/H2O2[J]. Water Res, 2017, 123: 783-793. doi: 10.1016/j.watres.2017.06.056

    [20]

    PEI R, KIM S C, CARLSON K H, et al. Effect of river landscape on the sediment concentrations of antibiotics and corresponding antibiotic resistance genes (ARG)[J]. Water Res, 2006, 40(12): 2427-2435. doi: 10.1016/j.watres.2006.04.017

    [21]

    DIEHL D L, LAPARA T M. Effect of temperature on the fate of genes encoding tetracycline resistance and the integrase of Class 1 integrons within anaerobic and aerobic digesters treating municipal wastewater solids[J]. Environ Sci Technol, 2010, 44: 9128-9133. doi: 10.1021/es102765a

    [22]

    MINH V L T,QUANG M N N,CHI T T , et al. The co-selection of fluoroquinolone resistance genes in the gut flora of Vietnamese children[J]. PLoS One, 2012, 7(8): 42919. doi: 10.1371/journal.pone.0042919

    [23]

    AMINOV R I, CHEE-SANFORD J C, GARRIGUES N, et al. Development, validation, and application of PCR primers for detection of tetracycline efflux genes of gram-negative bacteria[J]. Appl Environ Microbiol, 2002, 68(4): 1786-1793. doi: 10.1128/AEM.68.4.1786-1793.2002

    [24]

    MAO D, LUO Y, MATHIEU J, et al. Persistence of extracellular DNA in river sediment facilitates antibiotic resistance gene propagation[J]. Environ Sci Technol, 2014, 48(1): 71-78. doi: 10.1021/es404280v

    [25]

    WANGA L, SU H, HU X, et al. Abundance and removal of antibiotic resistance genes (ARGs) in the rearing environments of intensive shrimp aquaculture in South China[J]. J Environ Sci Health B, 2019, 54(3): 211-218. doi: 10.1080/03601234.2018.1550310

    [26] 高盼盼, 罗义, 周启星, 等. 水产养殖环境中抗生素抗性基因 ARGs 的研究及进展[J]. 生态毒理学报, 2009, 4(6): 770-779.
    [27]

    LUO Y, MAO D, RYSZ M, et al. Trends in antibiotic resistance genes occurrence in the Haihe River, China[J]. Environ Sci Technol, 2010, 44(19): 7220-7225. doi: 10.1021/es100233w

    [28] 梁惜梅, 聂湘平, 施震. 珠江口典型水产养殖区抗生素抗性基因污染的初步研究[J]. 环境科学, 2013, 34(10): 4073-4082.
    [29]

    LIU S, SU H, PAN Y F, et al. Spatial and seasonal variations of antibiotics and antibiotic resistance genes and ecological risks in the coral reef regions adjacent to two typical islands in South China Sea[J]. Mar Pollut Bull, 2020, 158: 111424. doi: 10.1016/j.marpolbul.2020.111424

    [30]

    SHAO S, HU Y, CHENG J, et al. Research progress on distribution, migration, transformation of antibiotics and antibiotic resistance genes (ARGs) in aquatic environment[J]. Crit Rev Biotechnol, 2018, 38(8): 1195-1208. doi: 10.1080/07388551.2018.1471038

    [31]

    AHMED W, ZHANG Q, LOBOS A, et al. Precipitation influences pathogenic bacteria and antibiotic resistance gene abundance in storm drain outfalls in coastal sub-tropical waters[J]. Environ Int, 2018, 116: 308-318. doi: 10.1016/j.envint.2018.04.005

    [32]

    LI A, CHEN L, ZHANG Y, et al. Occurrence and distribution of antibiotic resistance genes in the sediments of drinking water sources, urban rivers, and coastal areas in Zhuhai, China[J]. Environ Sci Pollut Res Int, 2018, 25(26): 26209-26217. doi: 10.1007/s11356-018-2664-0

    [33]

    SU H, HU X, WANG L, et al. Contamination of antibiotic resistance genes (ARGs) in a typical marine aquaculture farm: source tracking of ARGs in reared aquatic organisms[J]. J Environ Sci Health A, 2019, 55(3): 220-229.

    [34]

    NOLVAK H, TRUU M, TIIRIK K, et al. Dynamics of antibiotic resistance genes and their relationships with system treatment efficiency in a horizontal subsurface flow constructed wetland[J]. Sci Total Environ, 2013, 461/462: 636-644. doi: 10.1016/j.scitotenv.2013.05.052

    [35]

    HUANG X, ZHENG J, LIU C, et al. Removal of antibiotics and resistance genes from swine wastewater using vertical flow constructed wetlands: effect of hydraulic flow direction and substrate type[J]. Chem Eng J, 2017, 308: 692-699. doi: 10.1016/j.cej.2016.09.110

    [36]

    FANG H, ZHANG Q, NIE X, et al. Occurrence and elimination of antibiotic resistance genes in a long-term operation integrated surface flow constructed wetland[J]. Chemosphere, 2017, 173: 99-106. doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.01.027

    [37]

    YUAN Q B, GUO M T, YANG J. Fate of antibiotic resistant bacteria and genes during wastewater chlorination: implication for antibiotic resistance control[J]. PLoS One, 2015, 10(3): e0119403. doi: 10.1371/journal.pone.0119403

    [38]

    STANGE C, SIDHU J P S, TOZE S, et al. Comparative removal of antibiotic resistance genes during chlorination, ozonation, and UV treatment[J]. Int J Hyg Environ Health, 2019, 222(3): 541-548. doi: 10.1016/j.ijheh.2019.02.002

    [39]

    WEGRZYN G, WEGRZYN A. Stress responses and replication of plasmids in bacterial cells[J]. Microb Cell Fact, 2002, 1: 2. doi: 10.1186/1475-2859-1-2

    [40]

    SULLIVAN B A, VANCE C C, GENTRY T J, et al. Effects of chlorination and ultraviolet light on environmental tetracycline-resistant bacteria and tet (W) in water[J]. J Environ Chem Eng, 2017, 5(1): 777-784. doi: 10.1016/j.jece.2016.12.052

    [41]

    JEON D, KIM J, SHIN J, et al. Transformation of ranitidine during water chlorination and ozonation: moiety-specific reaction kinetics and elimination efficiency of NDMA formation potential[J]. J Hazard Mater, 2016, 318: 802-809. doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.06.039

    [42]

    SHARMA V K, JOHNSON N, CIZMAS L, et al. A review of the influence of treatment strategies on antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes[J]. Chemosphere, 2016, 150: 702-714. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.12.084

    [43]

    ZHAO X, SU H, XU W, et al. Removal of antibiotic resistance genes and inactivation of antibiotic-resistant bacteria by oxidative treatments[J]. Sci Total Environ, 2021, 778(2): 146348-146359.

  • 期刊类型引用(8)

    1. 马世豪,肖文富,解绶启,张健敏,董立学,文华,蒋明,郜卫华,田娟. 克氏原螯虾饲料亚麻酸与亚油酸的适宜比值. 水生生物学报. 2025(03): 106-118 . 百度学术
    2. 徐德峰,廖威龙,李彩虹,廖建萌,李欣. 冷藏凡纳滨对虾肌肉软化的生化特性及生物标记物. 广东海洋大学学报. 2024(01): 125-132 . 百度学术
    3. 邹宇凡,吴玮杰,白志毅,李典中,蒋军,程熙,李家乐. 克氏原螯虾三群体双列杂交组合生长性能和耐干露能力比较分析. 上海海洋大学学报. 2024(02): 361-370 . 百度学术
    4. 黄月,陈荔,钟传艳,陈果,龙晓文. 干露胁迫对中华绒螯蟹成体呼吸和能量代谢及抗氧化能力的影响. 水产学杂志. 2024(02): 61-69 . 百度学术
    5. 吴乐,李嘉尧,周文宗,成永旭. 氨氮短期胁迫与恢复对克氏原螯虾的影响. 水产科学. 2024(03): 390-399 . 百度学术
    6. 邹宇凡,吴玮杰,白志毅,冯建彬,吴敏,蒋军,李家乐. 5个群体克氏原螯虾生长和养殖生态适应性比较分析. 水产科学. 2024(03): 420-428 . 百度学术
    7. 苏禹,王力玄,孟泳岐,马源潮,鲁耀鹏,张泽龙,郑佩华,李军涛,冼健安,刘存歧,王冬梅. 环境因素对克氏原螯虾生长与繁育的影响. 中国饲料. 2024(21): 74-82 . 百度学术
    8. 郭子宇,鲁耀鹏. 克氏原螯虾活体运输技术研究进展. 河北渔业. 2022(09): 38-40+46 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-30
  • 修回日期:  2022-03-22
  • 录用日期:  2022-03-30
  • 网络出版日期:  2022-04-11
  • 刊出日期:  2022-12-04

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