长江武汉段水源地典型抗生素...基因污染特征与生态风险评价_李柏林.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023长江武汉段水源地典型抗生素及抗性基因污染特征与生态风险评价李柏林1，张贺1，王俊1，2，沙雪妮1，陈晓飞3，卓海华4*(1 武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉430070;2 武汉临空港经济技术开发区服务业发展投资集团有限公司，武汉430040;3 湖北省生态环境科学研究院，武汉430070;4 生态环境部长江流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，武汉430010)摘要:为了探究长江武汉段水源地抗生素和抗性基因(AGs)的分布特征和相关性以及潜在生态风险，采用固相萃取-超高效液相色谱串联质谱法(SPE-UPLC-MS/MS)和实时荧光定量 PC 技术分别分析了全武汉市饮用水水源地中 13 种抗生素和 10种 AGs 的赋存水平 结果表明，在16 处水源地样品中共检出9 种抗生素，浓度范围为 ND(未检出)177.36 ng L1，红霉素、磺胺嘧啶和磺胺对甲氧嘧啶的检出率均为 100%，抗生素浓度分布呈现(以汉江汇入口划分长江干流上下游):支流举水 长江干流下游 长江干流上游 支流汉江 支流滠水 长江干流下游 AGs 总绝对丰度明显高于长江干流上游和汉江，磺胺类AGs 显著高于其他三类 AGs 耐药基因的平均丰度(P 0.05)，AGs 中 sul1 与 sul2、ermB、qnrS、tetW 和 intI1 等 5 种 AGs存在显著正相关关系(P 0.01)，相关系数分别为 0.768、0.648、0.824、0.678 和 0.790，磺胺类 AGs 组内相关性弱于组间AGs 的相关性 磺胺甲唑、金霉素、罗红霉素和恩诺沙星等 4 种抗生素对水生敏感生物具有中风险，生态风险熵热图中各风险区占比情况依次为:9.0%(中风险)、30.6%(低风险)和 60.4%(无风险)16 处水源地的联合毒性生态风险评估(Qsum)均为中风险，所涉及河流的 Qsum(平均值)依次为:0.222(支流汉江)0.267(长江干流)0.299(其他支流)关键词:水源地;抗生素;抗性基因;空间分布;生态风险评价中图分类号:X522文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2032-08DOI:1013227/j hjkx202204318收稿日期:2022-04-26;修订日期:2022-07-10基金项目:武汉市应用基础前沿项目(2018060401011313)作者简介:李柏林(1983 )，男，博士，副教授，主要研究方向为环境新型污染物检测及去除，E-mail:bolly1221 whut edu cn*通信作者，E-mail:harderjoe sina comPollution Characteristics and isk Assessment of Antibiotics and esistance Genes inDifferent Water Sources in the Wuhan Section of the Yangtze iverLI Bo-lin1，ZHANG He1，WANG Jun1，2，SHA Xue-ni1，CHEN Xiao-fei3，ZHOU Hai-hua4*(1 School of esource and Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China;2 Wuhan Lingang Economic and TechnologicalDevelopment Zone Service Industry Development Investment Group Co Ltd，Wuhan 430040，China;3 Hubei Academy of Eco-Environmental Sciences，Wuhan 430070，China;4 Yangtze iver Basin Ecological Environment Monitoring and Scientific esearch Center，Yangtze iver Basin Ecological Environment Supervision and AdministrationBureau，Ministry of Ecology and Environment，Wuhan 430010，China)Abstract:The distribution characteristics，correlations，and potential ecological risks of 13 antibiotics and 10 antibiotic resistance genes(AGs)in 16 water sources inWuhan were analyzed using solid-phase extraction-ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry(SPE-UPLC-MS/MS)and real-time quantitativePC technology The distribution characteristics and correlations and potential ecological risks of antibiotics and resistance genes in this region were analyzed The resultsshowed that a total of nine antibiotics were detected in the 16 water source samples，and the concentration range was ND-177.36 ng L1 The concentration distributionpresented as follows:Tributary Jushui iver lower reaches of the main stream of the Yangtze iver upstream of the main stream of the Yangtze iver Tributary Hanjiangiver Tributary Sheshui iver The total absolute abundance of AGs after the Yangtze iver and Hanjiang iver confluence was significantly higher than that before theconfluence，and the average abundance of sulfa AGs was significantly higher than that of the other three AGs resistance genes(P 0.05)There was a significant positivecorrelation between sul1 and sul2，ermB，qnrS，tetW，and intI1 in AGs(P 0.01)，and the correlation coefficients were 0.768，0.648，0.824，0.678，and 0.790，respectively The correlation within the sulfonamide AGs group was weak Correlation of AGs between groups Four antibiotics，sulfamethoxazole，aureomycin，roxithromycin，and enrofloxacin，had a medium risk to aquatic sensitive organisms，and the proportion of each risk area in the ecological risk map was 9.0%(medium risk)，30.6%(low risk)，and 60.4%(no risk)The combined ecological risk assessment(Qsum)of the 16 water sources indicated medium risk，and the Qsum(mean)of therivers involved was 0.222(Tributary Hanjiang iver)0.267(main stream of the Yangtze iver)0.299(other tributaries)Key words:water source;antibiotic;resistance gene;spatial distribution;ecological risk assessment水 环 境 中 抗 生 素 和 抗 性 基 因(antibioticresistance genes，AGs)作 为 一 种 新 兴 污 染 物(CEC)1 一直是国内外的研究热点 抗生素一般分为医用抗生素和兽用抗生素，Lienert 等2 研究表明约有 50%的医用抗生素被人体代谢形成活性代谢物和未代谢抗生素被人体排出，其中有 70%左右以尿液排出，经污水处理后排入水体 畜禽粪便和尿液多数以有机肥形式返回农田，而存在于其中的兽用抗生素及其活性代谢物通过土壤渗透和地表径流直接进入水体3 近年来国内河流如长江4 6、黄4 期李柏林等:长江武汉段水源地典型抗生素及抗性基因污染特征与生态风险评价河4，5，7、海河8，9、松花江4，10，11 和珠江4，5，12，13 等，湖泊甚至渤海湾等天然水环境中检测到抗生素残留，而在邻国越南14、非洲的莫桑比克15 和肯尼亚16 也有相关报道 水体中残留抗生素通过环境压力诱发细菌产生耐药性进而传播，饮用水和废水17 处理工艺被证明无法完全去除 AGs 因而亟需对自然水体中抗生素和 AGs 的分布特征及诱导传播等方面进行研究以应对二者对水生环境和人类健康带来的潜在巨大风险长江及其支流汉江是武汉市最重要的供水来源，供给全市 90%以上的居民饮用水，而武汉周边的水产和畜禽等养殖业密集，产生的高浓度抗生素废水不可避免以直接或间接方式进入武汉周边水系 减少抗生素污染，缓解细菌的耐药性环境压力，保证城市及周边供水水质安全至关重要，目前国内对长江中游典型饮用水水源中抗生素和 AGs 丰度的时空分布特征研究较少18 基于此，本研究选取有代表性的 13 种抗生素和 10 种 AGs(另选取 16SrDNA 作为细菌的参照基因)，分析其在长江武汉段周边水源地中的分布特征，使用皮尔逊相关性对AGs 与抗生素和水质参数间的关系进行分析，并采用生态联合风险熵(Qsum)对水环境的生态风险进行评价，以期为水质保护和生态管理提供数据和帮助 识别影响该地区抗生素和 AGs 污染的环境因子，具有重要的理论及实际意义1材料与方法1.1仪器和试剂ACQITY H/TQ-S 超高效液相色谱串联质谱仪(美国 Waters 公司)、SPE1000-04 全自动固相萃取仪(北京 LabTech 公司)、MultiVap-8 水浴氮吹仪(北京 LabTech 公司)、PLC-6 多功能不锈钢过滤器(北京国环高科自动化技术研究院)和 qTower 2.2实时荧光定量 PC 仪(德国耶拿公司)磺胺类抗生素(SAs):磺胺吡啶(SP)、磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺甲唑(SMX)、磺胺二甲嘧啶(SMZ)和磺胺对甲氧嘧啶(SMD);四环素类抗生素(TCs):四环素(TC)、金霉素(CTC)、土霉素(OTC);喹诺酮类抗生素(FQs):诺氟沙星(NO)、氧氟沙星(OFL)和恩诺沙星(EN);大环内酯类抗生素(MCs):罗红霉素(TM)和红霉素(ETM)等标准物质及内标物阿特拉津-13C3(atrazine-13C3)四类抗生素替代物分别为:磺胺甲唑-d4(SMX-d4)、磺胺二甲嘧啶-3C6(SMZ-l3C6)、噻苯咪唑-d4(TBZ-d4)、环丙沙星-d8(CPF-d8)和红霉素-13C6(ETM-13C6)等替代物 固相萃取柱(500 mg，6 mL，购自美国 Waters 公司)抗性基因实验所需的 DNA 提取试剂盒 PowerSoil DNA Isolation kit 购自美国 MOBIO公司;PC 产物纯化试剂盒购自上海生工生物有限公司;荧光定量试剂盒(ChamQ SB Green)购自南京诺唯赞生物公司1.2样品采集于 2020 年 10 月，按照标准 HJ/T91 和 HJ/T164相关规定对武汉市 16 处饮用水水源地(图 1)进行采样，其中 8 处水源地位于长江干流(以汉江汇入口划分:干流上流 SW1 SW5 和干流下流 SW6 SW8)，8 处水源地位于支流(汉江 SW9 SW14、滠水 SW15 和举水 SW16)预先在 1 L 的干燥洁净棕色玻璃采样瓶中分别加入 0.25 g 乙二胺四乙酸二钠和 0.15 g 抗坏血酸排除干扰 使用便携式多参数水质分析仪测定取样现场表层水温和 pH，使用ZPY-1 型水质采样器采集 1 L 水样于棕色玻璃瓶中，采样完成后迅速送回实验室，存放于 4 冰箱内，48 h 内完成预处理及常规水质指标测定图 1武汉市水源地和抗生素分布示意Fig 1Schematic of water sources and antibioticdistribution in Wuhan1.3样品预处理和常规参数理化分析抗生素预处理方法19:取1 000 mL水样并使用0.45 m 水系滤膜进行真空抽滤，滤后样品中加入4 种替代物 10 L(单标浓度 2 mg L1)后充分混匀 样品通入固相萃取 HLB 柱前，使用甲醇和去离子水活化 HLB 小柱，样品萃取完成后，通入甲醇将萃取柱中抗生素洗脱下来 经自动氮吹仪吹扫后，在洗脱液中加入 2 mg L1的内标使用液 10 L，用甲醇定容至 1.0 mL，经 0.22 m 有机相滤膜过滤后，于 18避光保存待 HPLC-MS/MS 分析抗性基因预处理方法:将500 mL 样品以真空抽滤方式通过 0.45 m 滤膜，所获得滤膜剪碎置于PowerSoil DNA Isolation kit 中提供的 PowerBeadTubes 管内，并按照试剂盒内提供的 DNA 提取步骤进行操作，除滤膜样品外，其他实验用品和试剂均由3302环境科学44 卷PowerSoil DNA Isolation kit 提供对送回实验室水样立即测试浊度(NTU，便携式浊度仪/CT12)、总氮(TN，HJ636-2012)、总磷(TP，GB11901-89)和高锰酸盐指数(IMn，GB 11892-1989)，每个指标进行 3 次平行测试1.4抗生素以及抗性基因的测定抗生素测定19:质谱采用电喷雾离子源，正离子模式，多重反应检测(MM)具体质谱参数设置如下:毛细管电压为 3.0 kV;锥孔电压设定在 6 100 V;离子源温度设置为 150;去溶剂化气体(N2)温度设定为 550;去溶剂气体的流量为1 000L h1;锥孔气流(N2)流量为 50 L h1;撞击气体(氩气)流速设定为 0.15 mL min1 流动相分为水相 A 和有机相 B，分别为含 0.1%甲酸的超纯水(体积分数)和含 0.1%甲酸的乙腈，样品进样体积设为5 L 系统色谱条件选择梯度洗脱模式抗性基因测定:采用微量核酸蛋白质分析仪Nanodrop ND-1000(Thermo Scientific，USA)检 测DNA 含量及纯度 使用诺维赞公司的 ChamQTMUniversal SYBqPC Master Mix 对提取的 DNA进行 qPC 扩增，反应体系 20 L，包含 10 LSYB、0.4 L 上游引物、0.4 L 下游引物、2 LDNA 样品和 7.2 L ddH2O1.5生态风险评价方法通过风险熵值法(risk quotient，Q)对水体中污染物残留的潜在风险进行评价，而水体中多种抗生素并存会加强其毒性效应20，故生态联合风险熵(Qsum)更适合水生态系统的风险评估，根据 Q 值把生态风险水平分为无风险(Q 0.01)、低风险(0.01Q 0.10)、中风险(0.1Q 1.00)和高风险(Q1.00)4 个等级 计算公式如下:Qsum=Qi(1)Q=MEC/PNEC(2)PNEC=(LC50/AF)103或PNEC=(EC50/AF)103或 PNEC=(NOEC/AF)103(3)式中，Qsum表示不同抗生素 i 叠加的联合生态风险熵，MEC(measured environmental concentration)为实际测 定 浓 度，ng L1，PNEC(predicted no effectconcentration)为预测无效应浓度，ng L1，PNEC 是由急性毒性数据 半致死浓度 LC50和半抑制浓度EC50(g L1)或慢性毒性数据(无观察效应浓度，NOEC)与评价因子(AF)的比值，参照文献 21的推荐值，其急性毒性和慢性毒性分别取值1 000和100 本研究选用最敏感物种的 PNEC 值进行评价见表 1表 1抗生素对应最敏感物种的毒性数据和评价因子Table 1Toxicity data and evaluation factors for the five most sensitive antibiotics抗生素对应敏感生物毒性毒性数据/g L1AFPNEC/ng L1文献SPDaphnia magna慢性6.17(NOEC)10061.7 22SMXBlue-green alga急性26.8(EC50)1 00026.8 23SMDDaphnia magna慢性109(NOEC)1001 090.0 22SDZS capricomutum急性2 200(EC50)1 0002 200 24OFLV fischeri慢性1.13(NOEC)10011.3 25ENM aeruginosa急性490(EC50)1 000490.0 26TCP subcapitata急性3 310(EC50)1 0003 310.0 26CTCP subcapitata急性2(EC50)1 0002.0 27TMP subcapitata慢性10(NOEC)100100.0 261.6统计分析本研究使用 ArcGIS 绘制采样点位分布，利用Origin 软件对抗生素和 AGs 的分布情况进行绘图，用 SPSS 23.0 软件(IBM，USA)对抗生素和 AGs 的相关性分析采用皮尔逊相关性检验2结果与讨论2.1抗生素空间分布特征长江武汉段水源地监测点位和抗生素空间分布情况如图1 所示，4 大类抗生素在长江干流、支流汉江和其他支流均有不同程度检出(表 2)，其中四环素类抗生素(TCs)检出率为 6.3%;喹诺酮类抗生素(FQs)检出率为 47.9%，其中罗红霉素(OFL)和恩诺沙星(EN)的检出率分别为 75.0%和68.8%;大环内酯类抗生素(MCs)检出率为 50.0%，红霉素(TM)在各水源地中均有检出;磺胺类抗生素(SAs)检出率高达 77.5%，其中磺胺嘧啶(SDZ)和磺胺对甲氧嘧啶(SMD)的检出率均为 100%，磺胺甲唑(SMX)和磺胺吡啶(SP)的检出率均高于90%结果表明，武汉市 16 处饮用水源均存在不同程度的抗生素残留，其中 SAs 的赋存较为普遍，这与长江入海口的研究结果相一致28，表明 SAs 在长江流域广泛使用，同时由于水环境中的 SAs 具有高度稳定性和较强亲水性，易于在水体中赋存扩散，故其43024 期李柏林等:长江武汉段水源地典型抗生素及抗性基因污染特征与生态风险评价在地表水中检出率较高29，30 四环素类抗生素(TCs)检出率仅为 6.3%，这是由于水环境中的金属离子(Ca2+、Mg2+和 Al3+)、蛋 白 质、硅 醇 基(SiOH)和腐殖酸等物质对 TCs 具有较强的吸附作用31，同样 Yin4 研究发现 TCs 与水体中颗粒物和沉积物的强结合作用会导致 TCs 在水环境中检出情况不佳长江武汉段水源地抗生素的分布情况如图 2 所示，13 种目标抗生素浓度平均值为 30.17 ng L1FQs、SAs、MCs 和 TCs 的浓度平均值分别为 15.48、12.17、2.39 和 0.14 ng L1 其中长江干流和汉江的 MCs 残留浓度在 1.49 2.50 ng L1范围之间，质量分数整体上较为稳定，这可能是由于 TM 为大尺寸分子，使其具有较强的疏水性，其次是 TM 在水和沉积物间的分配系数差异过大，造成了水环境中 TM 浓度值偏低波动较小32 除 SW16 处总抗生素浓度达到 185.02 ng L1外，SW1 SW15 的总抗生素浓度均处于 ND(未检出)29.54 ng L1范围内，浓度平均值为 3.77 ng L1 在长江干流上游点位(SW1 SW5)中，SW5 处总抗生素浓度明显大于其他四点，为 17.14 ng L1，其中 SAs 占比为71.9%，SMX 和 SDZ 浓度分别为 5.11 ng L1和3.64 ng L1 长江干流下游点位(SW6 SW8)的总抗生素浓度分别是 8.70、13.34 和 11.24 ng L1，SAs 的质量分数分别为 75.6%、53.7%和 65.9%整体而言，SW6 SW8 的总抗生素浓度略高于 SW1图 2长江武汉段水源地的抗生素分布情况Fig 2Distribution of antibiotics in water source areasof the Wuhan section of the Yangtze iver SW4，支流汉江(SW9 SW14)的总抗生素浓度水平明显高于长江干流(图 2)，但是汉江年径流量约占长江武汉段干流年径流量的 5%(2020 年度)33，在汉江汇入长江后，长江干流下游所受的影响较小SW9 SW14 点位的总抗生素浓度范围为15.56 29.54 ng L1，浓 度 平 均 值 为 19.20 ng L1表 2长江干流(武汉段)及各支流水源地抗生素的检出情况1)Table 2Detection of antibiotics in the main stream of the Yangtze iver(Wuhan section)and its tributaries抗生素长江干流支流汉江其他支流检出率浓度平均值范围检出率浓度平均值范围检出率浓度平均值范围喹诺酮类抗生素(FQs)四环素类抗生素(TCs)大环内酯类抗生素(MCs)磺胺类抗生素(SAs)NO0.000.00ND(未检出)0.000.00ND0.000.00NDEN75.000.63ND 2.0950.000.54ND 1.56100.0089.401.43 177.37OFL87.500.92ND 2.2466.670.84ND 2.3550.000.89ND 1.77FQs54.170.51ND 2.2438.890.46ND 2.3550.0030.09ND 177.37TC0.000.00ND16.670.22ND 1.320.000.00NDOTC0.000.00ND0.000.00ND0.000.00NDCTC25.000.06ND 0.330.000.00ND0.000.00NDTCs8.330.02ND 0.335.560.07ND 1.320.000.00NDETM0.000.00ND0.000.00ND0.000.00NDTM100.001.821.49 2.50100.002.141.79 2.50100.001.811.61 2.01MCs50.000.91ND 2.5050.001.07ND 2.5050.000.90ND 2.01SDZ100001 080 69 17210000175139 268100001120 18 206SMX100003 172 37 51110000259216 3 645000023ND 046SMZ0000 00ND000000ND0000 00NDSMD100002 311 72 364100001018883 1453100001800 98 263SP100000 710 41 18710000096062 2 275000048ND 096SAs80001 45ND 5 128000309ND 14 536000073ND 26313 种抗生素52.880.82ND 5.1248.721.48ND 14.5342.317.36ND 177.371)检出率单位为%，以大于等于检出限的样本量为原则计算检出率;浓度平均值单位为ng L1，抗生素未检出记为 0.00;浓度范围单位为ng L15302环境科学44 卷其中 SW9 点位在上游工业区(医院、屠宰场和垃圾填埋场等)的影响下，其总抗生素浓度高于 SW10 和SW11，为 16.78 ng L1 SW10 SW14 点位的总抗生素 浓 度 由 15.56 ng L1逐 渐 提 高 至 29.54ng L1，其中各点位 SAs 的浓度依次为 13.13、13.45、14.13、15.35 和 23.12 ng L1 这与长江南京段 的 SAs 检 出 水 平(ND 27.02 ng L1)相当34，但明显低于长江入海口 SAs 的检出浓度156.5 ng L1 35，而长江中下游 SAs 残留水平远高于南极海水中的浓度36 这表明抗生素的环境残留与人类活动的密集程度有关 对于滠水(SW15)和举水(SW16)等其他支流，SW15 的总抗生素残留浓度为 6.42 ng L1，其中 FQs 的质量分数约 50%SW16 的总抗生素残留浓度为 185.02 ng L1，其中恩诺沙星检出浓度为 177.37 ng L1 这是由于该监测点位于畜禽养殖企业的下游，FQs 的使用量较大，引起周边水环境抗生素残留超标 总体来看，抗生素的空间分布表现(以总抗生素浓度计):支流举水 长江干流下游 长江干流上游 支流汉江 支流滠水，16 处水源地(10 月)总抗生素浓度整体处于6.42 185.02 ng L1范围内，其中 SW2 和 SW7 分别检出了 9 种和 7 种抗生素，磺胺类抗生素检出率最高，达 77.5%2.2抗性基因空间分布特征10 种 AGs 和 16S rDNA 的绝对丰度绘制的抗性基因热图如图 3 所示 目标基因均有不同程度地检出，绝 对 丰 度 在 1.33 104 2.66 1010copies L1范围内，可以确定本采样区域内水体中主要的抗性基因为 sul1、sul2、intIl 和 ermB，长江干流下流表层水中抗性基因研究也得出类似结果37 从四类 AGs 总绝对丰度的空间分布来看，长江干流下游(SW6 SW8)的 AGs 总绝对丰度分别为 1.23108、7.99 107和 4.02 107copies L1，明显高于其他点位，其中长江干流上游的 AGs 总绝对丰度范围为 8.49 1062.47 107copies L1，汉江和其他支流的 AGs 总绝对丰度范围为 1.72 1062.75 107copies L1 汉江(SW9 SW14)的沿程AGs 总绝对丰度呈现平稳下降趋势，其中磺胺类AGs 中 sul1 的绝对丰度最高，占 AGs 总绝对丰度的 82.5%92.0%这可能与环境中磺胺类 AGs的稳定性有关，该类 AGs 容易被 intI1 捕获并在环境中持续传播，抗性基因的丰度会随时间流逝而逐渐增加 sul1 是所有样品中的主导基因，绝对丰度的范围为 1.09 105 1.13 108copies L1，对于sul2 在相应时期的平均绝对丰度为 7.04 105copies L1 独立样本 t-检验结果表明，平均丰度较高的磺胺类 AGs 显著高于其他三类 AGs 的平均丰度(P 0.05)，表明磺胺类 AGs 是长江武汉段水源地中的优势耐药基因，有研究表明 sul1 和 sul2还是沉积物中最普遍的 AGs，因为 SAs 是水产养殖中最常用的抗生素之一38 大部分进人动物肠道的 SAs 最终以原药的形式排放到环境中，这势必会导致武汉及其周边水环境中磺胺类 AGs 的丰度水平提升 四环素类、大环内酯类和喹诺酮类 AGs在绝对丰度上并无显著差异，其平均绝对丰度分别为 2.14 105、2.06 105和 2.14 105copies L1与发达国家相比，发展中国家普遍存在抗生素消耗量大和污水处理水平低下等情况，但研究表明发展中国家和发达国家的 AGs 丰度水平并未有显著性差异，可以说明 AGs 的分布并不完全同抗生素一致38 图 3长江武汉段水源地 AGs 的分布情况Fig 3Distribution of AGs in the Wuhansection of the Yangtze iver2.3抗生素和抗性基因相关性研究使 用 SPSS 软 件 中 Pearson 相 关 系 数 分 析AGs、抗生素和常规水质指标之间的相关性(图4)，由图可知，研究区域内水源地表层水的 10 种AGs 与 TN、TP 和 IMn等常规水质参数均无显著相关性关系，浊度(NTU)与 3 种 AGs(sul2、tetO 和intI1)均存在直接负相关关系(P 0.05)，pH 与qnrD 存在显著负相关关系(P 0.05)SMD 与 IMn和 TN 等水质指标均表现为正相关关系，SDZ 与 TN存在正相关关系(P 0.05)，Cheng 等32 发现水体中 SMD 和 SDZ 浓度水平可能与污水排放量呈正相关关系，这是由于水质参数可以反映水体的富营养化状态，而水体富营养化与污水排放量具有直接关系 抗生素与 AGs 间关系密切，如 CTC 与 tetW 存在正相关关系(P 0.01)，而 CTC 与 tetM 则存在负相关关系(P 0.05)，2 种抗生素(SMX 和 EN)与qnrD 存在负相关关系(P 0.05)通过图谱可以看63024 期李柏林等:长江武汉段水源地典型抗生素及抗性基因污染特征与生态风险评价出 AGs 的诱导不仅受到对应抗生素的选择压力，其他抗生素也会诱导于非对应 AGs 的产生 DerBeek 等14 研究发现 AGs 与抗生素呈负相关，这可能是因为水环境中的影响因素复杂，许多因素会影响抗生素与其相应的 AGs 之间的直接相关性 对于四环素类 AGs，tetM 与 2 种 AGs(tetO 和 tetW)存在显著性正相关关系(P 0.01)，相关系数为0.878 和 0.764 对于其他种类的 AGs 而言，组内AGs 间的相关性弱于组间 AGs 的相关性，其中sul1 与 5 种 AGs(sul2、ermB、qnrS、tetW 和 intI1)存在显著正相关关系(P 0.01)，相关系数分别为0.768、0.648、0.824、0.678 和 0.790;sul2 与 2 种AGs(qnrS 和 intI1)存在显著性正相关(P 0.01);ermB 与 2 种 AGs(tetM 和 tetW)存在显著性正相关(P 0.01);tetW 与 intI1 存在显著性正相关(P 0.01)此外，整合子 intI1 与 sul1 和 sul2 有非常紧密关系，intI1 和 SMD 也存在相关性，表明 intI1 在磺胺类 AGs 的水平转移中起着重要作用，这与 Ma等39 研究的结果相一致 除了抗生素诱导等耐药机制，环境条件和人类活动等外部因素也至关重要40 这些不同的因素会形成共同选择和交叉选择效应对 AGs 的诱导产生和传播造成影响1 IMn，2 TP，3 TN，4 NTU，5 pH，6 SP，7 SMD，8SMX，9 SDZ，10 TM，11 CTC，12 OFL，13 EN，14intI1，15 tetW，16 tetO，17 tetM，18 qnrS，19 ermB，20sul2，21 qnrD，22 sul1图 4抗性基因和水质参数及抗生素之间的联系Fig 4Associations between antibiotic resistance genesand water quality parameters and antibiotics2.4抗生素生态风险评价根据风险熵值(Q)的计算评价方法，计算得到长江武汉段 16 处水源地抗生素的 Q 及联合生态风险熵(Qsum)，如图 5 所示 从中可知有 4 种抗生素对部分水源地相应敏感水生生物表现为中风险，分别是 SMX、OFL、CTC 和 EN，其中 CTC 和 EN分别对 SW7 和 SW16 表现出中风险，SMX 和 OFL 对长江和汉江多处水源地相应敏感水生生物均呈现出慢性或急性毒性风险，整个研究区域内中风险点位占比情况为 9.0%SMX、OFL、CTC、TM、SMD 和SP 等 6 种抗生素对部分水源地相应敏感水生生物图 5长江武汉段水源地抗生素对敏感生物的生态风险熵Fig 5Ecological isk Quotient of antibiotics to sensitive organismsin water source areas of the Wuhan section of the Yangtze iver表现为低风险，整个研究区域内低风险点位占比情况为 30.6%其中 TM 对藻类 P subcapitata 的无观察效应浓度(NOEC)为 10.0 g L1，其相应 Q值处于 0.015 0.025 范围内，是唯一一种 100%对敏感生物显现中风险的抗生素 在 SAs 中，SMX 对汉江以及长江汇流后的敏感生物 Blue-green alga 显现出中低风险情况，SP 对长江汇流后和汉江敏感生物 Daphnia magna 显现为低风险，有 37.5%的水源地为无风险 SMD 仅在 SW14 对敏感生物 Daphniamagna 表现为低风险，其他点位均无风险 在 FQs中，OFL 对海洋发光费氏弧菌 V fischeri 的无观察效应浓度(NOEC)为 1.13 g L1，其水中无效应浓度PNEC 为 11.3 ng L1，除在 SW3、SW11、SW13 和SW16 为无风险，其他水源地中均为中低风险 EN除 SW16 外对其他 水 源 地 的 敏 感 生 物 Daphniamagna 均无风险，SW16 的 EN 残留浓度为 177.37ng L1，表 现 为 高 风 险 对 于 联 合 毒 性 风 险 熵(Qsum)，16 处水源地的 Qsum均表现为中风险，所在河流的 Qsum(平均值)大小依次为:0.222(汉江)0.267(长江)0.299(其他支流)这表明即使痕量抗生素(ng 级别)也会对水源地中敏感生物，特别7302环境科学44 卷是藻类有一定程度的生态风险，同时水环境中残留抗生素的种类繁多，且毒性也不相统一，但多种抗生素之间可能存在协同作用以增加生态风险41，建议加强抗生素组合效应的研究以更好地评估抗生素残留在水生环境中的生态毒理学潜在风险3结论(1)抗生素浓度的大小空间分布表现为(以总抗生素浓度计):支流举水 长江干流下游 长江干流上游 支流汉江 支流滠水，16 处水源地(10月)抗生素浓度整体处于6.42 185.02 ng L1范围内，其中 SW2 和 SW7 分别检出了 9 种和 7 种抗生素，磺胺类抗生素检出率最高，达 77.5%(