簡述畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中抗生素及抗生素抗性基因的相關(guān)研究進(jìn)展

唐文迪，佟麗鑫，于 晶，葉子健，生 浩，時宇飛*

1.嘉應(yīng)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，廣東梅州 514015；2.通化市二道江區(qū)動物疫病預(yù)防控制中心，吉林通化 135300；3.吉林省通化市二道江區(qū)鐵廠鎮(zhèn)綜合服務(wù)中心，吉林通化 134006；4.公主嶺市農(nóng)業(yè)行政綜合執(zhí)法大隊，吉林公主嶺 136100；5.通化市二道江區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，吉林通化 134003

我國生產(chǎn)和使用抗生素的總量一直位居全球榜首?？股爻３１蛔鳛槭且活愑行Э咕鷦┍婚L期廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)中。據(jù)專家統(tǒng)計，我國每年用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的抗生素原料約占每年生產(chǎn)總量的52%。而動物只可以吸收利用少量抗生素，還有25%～75%的抗生素會殘留在動物的糞便、尿液中排出體外，對環(huán)境造成污染。長期使用抗生素還會誘導(dǎo)動物體內(nèi)產(chǎn)生抗生素抗性基因，ARGs會通過動物糞便、清洗動物體表的污水等向畜禽養(yǎng)殖環(huán)境或其周邊環(huán)境輸入，不僅會對養(yǎng)殖環(huán)境周邊的地下水和土壤造成污染，抗性基因的擴(kuò)散傳播還有可能危及人體，增加人體抗藥性，威脅人類健康。

1 抗生素及其抗性基因污染與傳播

抗生素進(jìn)入土壤環(huán)境最主要的途徑就是動物所排放的糞便被用于施肥的過程中，抗生素以此直接污染土壤，間接污染地下水。專家研究分析了不同畜禽糞便中抗生素的殘留情況，結(jié)果表明：豬的糞便中濃度最高的抗生素是四環(huán)素，其中金霉素的濃度高達(dá)46 mg/kg。雞糞便中的磺胺二甲基嘧啶濃度也高達(dá)20 mg/kg。同時，全國各地有關(guān)于抗生素殘留在畜禽糞便中被檢測出超標(biāo)的新聞報道屢見不鮮。因此，抗生素進(jìn)入環(huán)境中最主要的途徑就是通過含有抗生素的動物糞便作為有機(jī)肥料施用于農(nóng)田?？股乇晦r(nóng)田中的土壤顆粒吸附，積累到一定程度時，便會誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性，形成ARGs。ARGs會對土壤、水體、空氣、動物等各方面帶來不可忽視的生態(tài)風(fēng)險。ARGs通過糞便進(jìn)入土壤對其造成污染，還會利用微生物、動植物進(jìn)行傳播擴(kuò)散，從而危及食物鏈的上各個營養(yǎng)級的健康。此外，動物糞便直接用于施肥還會間接地對地下水造成污染，ARGs隨著水體流動會對污染造成更大程度的擴(kuò)散，對于將地下水作為主要飲用水的地區(qū)來說，這可謂是一個巨大的威脅。有專家研究表明，動物糞便直接接觸過的土壤以及養(yǎng)殖環(huán)境流出的廢水含有大量的ARGs。通過對比土壤和水環(huán)境等介質(zhì)發(fā)現(xiàn)，空氣中攜帶的ARGs種類最多。

另外，ARGs對動物會造成巨大影響，一旦抗生素在動物體內(nèi)變成共價代謝物，就會殘留在體內(nèi)很難代謝出去，這樣就會使人類食用的動物產(chǎn)品殘留著許多抗生素及ARGs，對動物及人類的健康都會造成威脅。

2 抗生素及其抗性基因在畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中的污染現(xiàn)狀

20世紀(jì)，我國是全球抗生素使用量最多的國家，其中絕大部分都是用于動物生產(chǎn)。而殘留的抗生素給飼養(yǎng)環(huán)境中的微生物造成生長壓力，畜禽飼養(yǎng)中殘存的抗生素致使飼養(yǎng)場及其周邊環(huán)境的各種病毒細(xì)菌耐藥性不斷增加，并通過水平基因轉(zhuǎn)移使病毒細(xì)菌等獲得ARGs，這會使得抗生素的使用效率降低，很多養(yǎng)殖場在使用5倍初始計量后，都不能獲得場主滿意的效果?？剐曰虻姆N類和峰度以及養(yǎng)殖模式、種類和密度密切相關(guān)，畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中的ARGs多樣性和峰度也都存在顯著差異。有研究發(fā)現(xiàn)通過對比不同種類的畜禽飼養(yǎng)環(huán)境中的ARGs含量發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)雞場中磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類ARGs的相對峰度明顯高于養(yǎng)豬場。之前也有相關(guān)研究證明，通過檢測發(fā)現(xiàn)禽類養(yǎng)殖環(huán)境中抗生素的殘留量比豬、肉牛、魚的都要高，究其原因應(yīng)該是禽的養(yǎng)殖過程中對于抗生素的依賴性比豬和牛的都要更大。

造成不同畜禽種類之間如此差異的原因可以從多方面去探究，同時各國之間畜禽養(yǎng)殖的ARGs污染情況也各不相同。盡管每一個國家都有與限制抗生素相關(guān)的監(jiān)控、管理部門，但是人們還是擺脫不了抗生素在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用，這是導(dǎo)致ARGs在動物和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中增加的重要原因。根據(jù)研究結(jié)果表明，中國在動物養(yǎng)殖中使用抗生素的比例相對較高，中國的畜禽廢物中ARGs峰度也更高。從20世紀(jì)七十年代抗生素出現(xiàn)并開始使用起，中國對于抗生素的消費量持續(xù)增長，有近一半的抗生素進(jìn)入養(yǎng)殖業(yè)，總量高達(dá)105 000 t。盡管全國抗生素的使用量相對來說較為相似，但是ARGs的絕對峰度還取決于具體的養(yǎng)殖場地條件。

3 減少畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中抗生素及其抗性基因的有效手段

近年來，我國科研人員通過不斷研究與探索，對抗生素影響畜禽糞便和環(huán)境中ARGs峰度的機(jī)理有了一定了解，發(fā)現(xiàn)了改變畜禽養(yǎng)殖場的管理方法可以有效抑制ARGs的峰度和多樣性。并總結(jié)出在養(yǎng)殖過程中可以有效抑制ARGs的峰度和多樣性的關(guān)鍵控制點，這為政府制定適當(dāng)?shù)恼叩於嘶A(chǔ)。

3.1 減少場內(nèi)ARGs的增殖

最緊迫的需求之一是通過改善畜禽養(yǎng)殖管理策略，從源頭控制ARGs水平，以減少畜禽廢物中ARGs的峰度和多樣性。改變畜禽養(yǎng)殖場的管理方法可以有效抑制ARGs的峰度和多樣性。維持和傳播抗生素耐藥性同樣重要，全面了解抗生素如何使用會影響畜禽糞便和環(huán)境中ARGs的峰度，為制定適當(dāng)?shù)恼叩於ɑA(chǔ)。

同時，可以使用適當(dāng)?shù)目股靥娲啡鏏MPs、中藥制劑、有益腸道微生物、各類植物精油等替代抗生素，從而增強(qiáng)動物自身免疫力，實現(xiàn)無抗養(yǎng)殖，對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染有更加明顯的改善作用。

3.2 固體糞便堆肥處理

提高當(dāng)前畜禽廢物處理的ARGs去除效率可以最大限度地減少排放到周圍環(huán)境中的ARGs的峰度。對于固體廢物處理，應(yīng)當(dāng)制定合理可行的法規(guī)和政策以指導(dǎo)糞肥儲存和處置。其中最常見的就是固體糞便堆肥，能夠有效降低畜禽糞便中ARGs的濃度水平，還可將糞便制備成有機(jī)肥，主要包括好氧和厭氧堆肥兩種方式。有研究顯示，豬糞和雞糞通過堆肥后會分別去除28%和57%的ARGs。也有研究人員通過添加稻殼、鋸末、中藥等物質(zhì)對堆肥過程進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)對ARGs有明顯的消除作用。

3.3 養(yǎng)殖場廢水的處理

畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的污水是ARGs擴(kuò)散的重要介質(zhì)之一，ARGs隨著污水入河或用于農(nóng)田灌溉都能增加環(huán)境污染的風(fēng)險。這種養(yǎng)殖污水處理方法使用較為廣泛的是厭氧消化，產(chǎn)生的沼氣可作為生物能源，殘渣可作為有機(jī)肥用于進(jìn)入種植業(yè)進(jìn)行利用。有多位專家進(jìn)行研究證實厭氧發(fā)酵對ARGs峰度的降低有著顯著作用，最高可降低63.9%。

4 國家對抗生素使用的重視程度逐年增高

我國在20多年前就已經(jīng)意識到亂用抗生素的危害。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）于2002年頒布《禁止在飼料和動物飲用水中使用的藥物品種目錄》（農(nóng)業(yè)部公告第176號）和《動物源性食品中獸藥最高殘留限量》(農(nóng)業(yè)部235號公告)并于2020年4月1日被GB 31650-2019食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中獸藥最大殘留限量》所代替。2005年農(nóng)業(yè)部公告第560號《獸藥地方標(biāo)準(zhǔn)廢止目錄》，將29種抗生素列為禁用獸藥，并持續(xù)開展獸藥殘留監(jiān)控和檢測等工作，嚴(yán)厲打擊、查處在動物生產(chǎn)中使用違禁藥物等行為。2016年制定《全國遏制動物源細(xì)菌耐藥行動計劃（2017～2020年）》，其中明確提出六項重點舉措：一是推動促生長用抗菌藥物逐步退出；二是強(qiáng)化獸用抗菌藥物監(jiān)督管理；三是健全動物源細(xì)菌耐藥性監(jiān)測體系；四是強(qiáng)化獸用抗菌藥物殘留監(jiān)控；五是開展獸用抗菌藥物使用減量化示范創(chuàng)建；六是加強(qiáng)從業(yè)人員培訓(xùn)和公眾宣傳教育。在2019年下發(fā)中華人民共和國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公告（第194號），公告要求：自2020年1月1日起，退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種。目前替代抗生素的中藥制劑、微生物制劑已經(jīng)全面在全國銷售和使用。

5 未來研究方向

抗生素及抗生素抗性基因ARGs在畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中的殘留，嚴(yán)重影響我國養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。目前的研究熱點主要集中于ARGs在畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中的殘留污染情況，畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中抗生素和抗性基因的常用的幾種處理方法雖然有表現(xiàn)出不同程度的去除效果，但也存在很多問題，對于如何實現(xiàn)無抗養(yǎng)殖、如何阻止ARGs在畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中的遷移擴(kuò)散等都沒有非常有效、具體的解決方法。因此，針對上述問題今后相關(guān)科研也應(yīng)聚焦在以下幾點。

5.1 進(jìn)一步研究畜禽養(yǎng)殖場內(nèi)ARGs維持和轉(zhuǎn)移的機(jī)制，有助于了解ARGs是如何傳播到新環(huán)境和新宿主中的。

5.2 需要對畜禽廢物到畜禽環(huán)境的ARGs途徑進(jìn)行協(xié)作性和跨學(xué)科研究，以加強(qiáng)源頭控制，提高ARGs的去除效率。

5.3 擴(kuò)大ARGs定量數(shù)據(jù)庫對于加強(qiáng)風(fēng)險評估、開發(fā)和有助于畜禽養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的使用。

5.4 國家應(yīng)繼續(xù)制定實施扶持性政策，鼓勵養(yǎng)殖企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)、大專院校合作，在政策上、資金上對研究利用中草藥、微生物制劑等替代抗生素的科研項目給予扶持和資助。