1、近年来，由于抗生素可以高效预防和治疗由细菌、真菌和原生动物等引起的感染而被广泛使用1。但抗生素的使用诱导细菌产生了使抗生素药物失效的抗生素抗性基因（ARGs）。调查表明，全球超过70%的抗生素都被用于畜禽养殖2。抗生素在动物体内只有少部分被吸收代谢，其余30%90%通过排泄农业环境科学学报Journal of AgroEnvironment Science2023，42（6）:1187-11942023年6月王灿，张媛，宋璐.畜禽养殖场气载抗性基因污染特征与技术挑战J.农业环境科学学报,2023,42（6）：1187-1194.WANG C,ZHANG Y,SONG L.Pollution c
2、haracteristics and technology threats of airborne antibiotic resistance genes in livestock farmlands J.Journal ofAgro-Environment Science,2023,42（6）：1187-1194.畜禽养殖场气载抗性基因污染特征与技术挑战王灿1，2，张媛1，2，宋璐1，2*（1.天津大学环境科学与工程学院，天津 300350；2.天津市室内环境空气质量控制重点实验室，天津 300072）Pollution characteristics and technology thre
3、ats of airborne antibiotic resistance genes in livestock farmlandsWANG Can1,2,ZHANG Yuan1,2,SONG Lu1,2*（1.School of Environment Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300350,China;2.Tianjin Key Lab of Indoor AirEnvironmental Quality Control,Tianjin 300072,China）Abstract：The extensive uti
4、lization of antibiotics in livestock farms has resulted in the emergence of numerous antibiotic resistant bacteria,which has invariably accelerated the spread of antibiotic resistance genes（ARGs）in farms.As a repository of ARGs,aerosol has become acritical concern for environmental health owing to i
5、ts high potential risks.Experts and scholars at home and abroad have conducted seriesof studies on the distribution characteristics,transmission,and transfer mechanisms of ARGs in the air,and the interaction between ARGsand microorganisms in livestock farms.This paper contains the following：a review
6、 on the recent progress in the study of airborne ARGs inlivestock farms,an analysis of the fate of ARGs in the air in typical farmlands at home and abroad,as well as the transmission mechanisms,and lastly a discussion on the potential risks,as reference for future risk management and ARGs control in
7、 livestock farms.Keywords：livestock farm;airborne ARGs;influencing factor;risk mechanism收稿日期：2022-10-08录用日期：2023-02-08作者简介：王灿（1981），男，湖北人，教授，主要从事生物气溶胶检测与控制、挥发性有机物与恶臭气体生物净化等方面的研究。E-mail：*通信作者：宋璐E-mail：基金项目：天津市科技计划重点项目（21JCZDJC00580）Project supported：The Science and Technology Key Program of Tianjin，C
8、hina（21JCZDJC00580）摘要：抗生素在畜禽养殖行业的广泛使用导致大量耐药菌的出现，进而加速了抗生素抗性基因（ARGs）在养殖场环境中的传播扩散。气溶胶作为ARGs的储存库，由于具有较高的潜在风险而成为环境健康中的热点问题。国内外专家针对畜禽养殖场中气载ARGs的分布特征与传播转移机制展开了一系列研究。本文综述了近年畜禽养殖场气载ARGs的研究进展，分析了国内外典型养殖场空气中ARGs的归趋特性，阐明了气载ARGs的传播转移机制，并探讨了这一环境污染对人体健康的潜在风险，以期为今后畜禽养殖工作及ARGs的健康风险管控提供参考。关键词：畜禽养殖场；气载抗生素抗性基因；影响因素；风险机
9、制中图分类号：X713文献标志码：A文章编号：1672-2043（2023）06-1187-08doi:10.11654/jaes.2022-0991农业环境科学学报第42卷第6期物进入环境中3，这为环境中耐药细菌（ARB）的产生提供了更大的选择优势。有研究表明，养殖场内动物粪便中的微生物容易气溶胶化，进而可以向外排放4-5，而悬浮在空气中的微生物气溶胶和细颗粒物是携带ARGs从牲畜向人类传播的主要途径之一6-7。人畜共患病抗性病原体在新出现的传染病事件中起到关键作用8，近年来动物源病原体在空中传播引起的人类健康危机受到了广泛关注9-10，因此有必要研究畜禽养殖场中ARGs及ARB的空气传播途
10、径。在此基础上，本研究针对畜禽养殖场中抗生素的使用及气载ARGs相关研究和公告做了调查，结果见图1。目前人们对于水和土壤环境中 ARGs的赋存规律及归趋特性已经进行了较为深入的研究11-13，但对于气载ARGs的关注较少。同时，由于空气与其他介质不同，空气中的传质阻力更小、扩散性更强，而且机理更为复杂，影响可能更大。因此，本文讨论总结了畜禽养殖场中气载ARGs的污染现状与传播转移特点，探究了畜禽养殖场中气载抗性基因传播的影响因素和对人体产生的健康风险，为今后畜禽养殖场生态风险和人体健康风险管控提供参考。1畜禽养殖场中气载ARGs的污染现状气载 ARGs的采集方法通常可以按照其采集原理划分为撞击
11、式采样法、气旋式采样法、静电式采样法和过滤式采样法，ARGs常见的分析方法有 PCR、qPCR、HT-qPCR、ddPCR、宏基因组学或多种方法的组合，采集及检测方法的选择对于最终的检测结果和效率有着重要的影响。近年来，越来越多的研究在畜禽养殖场空气环境中检出ARGs14-23（表1）。在养猪场空气环境中，Liu等24研究发现94%的菌株对磺胺甲恶唑具有耐药性，有3种菌株对9种抗生素具有耐药性，并发现携带ARGs的金黄色葡萄球菌形成的气溶胶已扩散到养殖场外的环境中。Chen等25在猪场、牛场、蛋鸡舍、肉鸡舍内空气中均发现了大量的ARB。畜禽养殖场空气中的ARGs及ARB主要来源于动物粪便，粪便
12、中的ARGs及ARB随着粪便处理和动物移动很容易被气溶胶化26。但有研究发现，某些ARGs如mexF在气溶胶中的相对丰度高于在粪便中的，这表明气溶胶中的ARGs也可能存在其他来源27。通过查阅文献，将“空气”“气载”“气溶胶”“大气”“抗性基因”“抗性”“抗菌”“抗生素”“养殖场”“鸡场”“猪场”“牛场”“畜禽”中不同属性的关键词进行组合，在中国知网数据库进行检索，将“air”“airborne”“air-borne”“bioaerosol”“atmosphere”“antimicrobial”“antibiotic”“anti-bacterial”“antibiotic resistance
13、”“resist”“antibiotic”“farm”“chicken farm”“pig farm”“livestock andpoultry”中不同属性的关键词进行组合，在Web of Science中检索近5年的文献，并删除不相关文章，对相关文献中国内外典型畜禽养殖场气载ARGs检出频次与浓度范围进行整理总结，见图2。如图2a所示，关于养鸡场中气载ARGs的研究较多，且集中于四环素类ARGs。四环素是一类广谱抑菌药物，因其价格低廉且高效的优势在畜禽养殖中有较高使用频率2，据调查我国2013年用于畜禽养殖行业的四环素总量为 5 780 t，其中 1 130 t 用于养鸡场28。在选择压力下
14、，许多细菌对四环素类抗生素产生耐药性，且这些细菌广泛存在于各类畜禽养殖场空气环境中。除此以外，四环素类、磺胺类、-内酰胺类、MLSB类ARGs在畜禽养殖场空气环境中均有较高检出浓度，最高可达108copiesm-3（图2b）。值得注意的是，万古霉素类图1 畜禽养殖场中抗生素的使用及气载ARGs的研究进展Figure 1 Development of antibiotics and airborne ARGs in livestock farms1188王灿，等：畜禽养殖场气载抗性基因污染特征与技术挑战2023年6月ARGs虽然检出浓度较低，但其是在所有抗生素均失效的情况下用来治疗严重感染的抗生
15、素，被认为是“最后一线药物”，这表明畜禽养殖场空气环境中存在的抗生素健康风险不容小觑。2畜禽养殖场中气载ARGs的传播畜禽养殖场中ARGs分布广泛，对环境和人体健康都存在威胁，其中气载ARGs潜在的在宏观环境中的传播扩散途径如图3所示。研究表明，畜禽养殖场气载ARGs来源广泛，其中粪便是气载ARGs的主要来源之一14。由于空气动力学的性质，空气传播的ARGs可能会由于天气事件的驱动而进行长距离运输。通过对鸡场和奶牛场的气溶胶及周围空气进行研究并建立大气扩散模型，发现空气中的ARGs可以沿风向从畜禽养殖场分散到 10 km的距离17。另一项研究表明，来自养殖场的细菌可能导致周围半径3 km 内的
16、居民暴露29。同时，相对于水和土壤中的ARGs，气载 ARGs传播更迅速，传播距离更远，而且比较容易被人体吸入，因此可能更直接地对人体造成危害。与此同时，畜禽养殖场中的ARGs可以是内源抗性（即自身固有），即可以通过诱变因素诱导而自发突变，还可以通过基因的迁移转化获得30-31。其中基因的迁移转化机制包括垂直转移（VGT）和水平转移养殖场类型Farm type猪舍鸡舍鸡舍鸡舍牛舍鸡舍猪舍牛舍鸡舍猪舍鸡舍、肉鸽舍、鹌鹑舍鸡舍鸡舍检测方法Detection methodqPCRqPCRqPCRqPCRqPCRqPCRqPCRqPCRqPCRqPCRPCRqPCRqPCR单位Unitlg copiesm-3genesm-3copiesm-3ARGs16s rRNA genes-1ARGs16s rRNA genes-1copiesm-3copiesng-1DNAcopiesng-1DNAcopiesng-1DNAcopiesm-3copiesm-3copiesm-3ARGs亚型Subtype of ARGsstrA、qnrA、ermA、ermB、sul1、sul2、tetM、tetG、tet
