摘要
近年来，抗生素的不合理使用及其诱导产生的抗生素抗性基因的传播，导致大量的抗生素和抗生素抗性基因进入水体环境，严重威胁着人类健康和环境安全。中国滨海城市正处于快速城市化时期，不断增加的城市人口和工业污染严重影响了水环境质量。目前，抗生素和抗生素抗性基因已在不同的环境介质中被检出，前期的文献计量学和网络分析表明，有关水环境中抗生素和抗生素抗性基因的研究呈现急剧上升的趋势，是近年来全球环境科学研究的热门议题之一。然而，现阶段有关滨海城市水环境中抗生素和抗生素抗性基因的研究还鲜有报道。鉴于此，本论文以长三角城市群南翼典型水体甬江河口、白溪水库和宁波北仑港为研究对象，结合高精度的痕量分析和生物信息技术，以期阐明滨海城市典型水体环境抗生素及其抗性基因的分布特征，并通过理化指标、重金属和微生物群落结构等探讨抗生素和抗生素抗性基因的影响因子，旨在揭示抗生素和抗性基因的分布水平、来源以及主要影响因子。本论文取得的主要研究结果如下: (1)典型滨海城市河口理化指标和重金属浓度的变化幅度高，具有明显的空间分布和季节动态特征，并受潮汐变化的影响。在空间分布方面，理化指标和重金属浓度在靠近工业区的点位较高，尤其是氨氮和硝态氮最为明显;在季节动态方面，铅、总磷和氨氮冬季浓度最高;在受潮汐变化的影响方面，不同指标变化规律不一致，其中，镉、镍和总氮浓度涨退潮差异较大。甬江河口理化指标和重金属的时空动态研究，将为揭示该水域抗生素及其抗性基因的分布特征提供相应的科学支撑。 (2)典型滨海城市河口抗生素具有明显的残留特征和季节动态特征并受环境因子和潮汐共同影响。在抗生素残留特征方面，所有水样中都有抗生素检出，浓度水平都在纳克每升，其中，磺胺甲恶唑、红霉素和罗红霉素检出浓度较高;在季节动态方面，抗生素浓度水平为冬季＞秋季＞春季＞夏季;在受环境因子影响方面，通过耦合冗余分析和线性回归分析方法，发现溶解有机碳、盐度、温度和叶绿素a是最主要的影响因子;在受潮汐的影响方面，涨退潮水体中检出的抗生素种类和数目不同。本文研究了甬江河口抗生素与环境关系及对潮汐的响应以及抗生素的分布特征，为河口水环境抗生素的污染管理和防治提供了科学依据。 (3)甬江河口和白溪水库抗生素具有明显的残留特征和城市化梯度差异。在残留特征方面，29种目标抗生素在甬江河口和白溪水库分别检出了13种和14种，浓度水平都在纳克每升;在城市化梯度差异方面，城市化水平较高的甬江河口中抗生素的检出率和浓度都要高于城市化水平较低的白溪水库，白溪水库检出浓度较高的抗生素类别是四环素类抗生素，而甬江河口检出浓度较高的抗生素类别是大环内酯类抗生素。城市和郊区水体中抗生素残留特征研究，将为揭示城市化影响下不同水体抗生素的分布特征提供相应的数据支持。 (4)甬江河口具有明显的抗生素抗性基因潮汐分布特征且抗生素抗性基因受到不同驱动因子的影响。在抗生素抗性基因潮汐分布特征方面，采用高通量qPCR包括296对引物和高通量测序等方法，在涨退潮水体中检测出不同数目和丰度的抗生素抗性基因，其中，多重抗性、氨基糖苷类和磺胺类抗性基因丰度最高;在抗生素抗性基因受到不同驱动因子的影响方面，可移动遗传元件和细菌群落组成是最主要的驱动因子。甬江河口水环境中抗生素抗性基因分布特征研究，分析了该水域抗生素抗性基因丰度与驱动因子，为水环境中抗生素抗性基因的扩散与控制提供相应的科学基础。 (5)宁波北仑港采集的来自全球不同船只的压舱水具有明显的抗生素抗性基因分布特征且抗生素抗性基因受到不同驱动因子的影响。在抗生素抗性基因分布特征方面，在12个压舱水水样中都有抗生素抗性基因检出，其中，抗生素抗性基因检出数目和丰度最高的是来自美国的船只，最低的是来自台湾的船只，检出的大部分抗性基因对多重药物、β-内酰胺和四环素类抗生素具有抗性;在抗生素抗性基因受到不同驱动因子的影响方面，网络分析表明有多个属被确认为ARGs潜在宿主，有的甚至携带多种ARGs基因，偏最小二乘路径模型表明可移动遗传元件是影响压舱水水体中抗生素抗性基因传播的最关键因子。典型滨海城市港口水环境中抗生素抗性基因的分布特征研究，将为港口水体中抗生素抗性基因的管理提供相应的科学支撑。 综上所述，滨海城市典型水体环境中抗生素含量动态变化及微生物抗性受到城市化梯度、潮汐及船只压舱水交换等多重因素的共同影响。本研究初步明确了影响抗生素含量和抗生素抗性基因丰度的潜在驱动因子，证实了城市化程度高的滨海河口地带是抗生素及其抗性基因的赋存热区。同时，本研究揭示了远洋大型船只中压舱水交换可能是抗生素抗性基因在全球尺度下传播的重要渠道。本学位论文的研究可为快速城市化进程中滨海城市不同水体环境抗生素的重点布控监测提供一定的技术指导，并为进一步防止抗生素抗性基因的大规模传播，保障水体环境质量提供一定的理论依据。
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