畜禽养殖环境中抗生素抗性基因污染与扩散研究进展

韩秉君，牟美睿，杨凤霞，田雪力，张克强

（农业农村部环境保护科研监测所，天津 300191）

近年来，抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）作为一类新型环境污染物而备受关注，ARGs通过水平转移和垂直传播方式从人和动物体进入环境。目前，我国畜禽源抗性基因污染形势十分严峻。抗生素在动物体内不能完全由吸收代谢途径降解，60%～90%以原药形态随粪尿进入环境[1]，诱导产生耐药菌及抗性基因，对受纳环境和人类健康构成潜在威胁[2-3]。畜禽养殖业中抗生素的长期过量使用，加速了养殖环境中ARGs 的产生和传播，粪便、废水回用农田土壤，气溶胶向大气自然扩散等活动，都增加了ARGs 由动物源向环境的输入。世界卫生组织（WHO）已将ARGs作为21世纪威胁人类健康的重大挑战之一，并在全球范围对控制ARGs进行战略部署[4-5]。因此，阐释ARGs在畜禽养殖环境中的多介质迁移以及农业生态系统中的行为归趋和影响因素，对遏制日益严峻的畜禽源细菌耐药性问题具有重要意义。

虽然畜禽环境中的ARGs 污染已被广泛提及，但相关研究成果仍缺乏系统性，故加强畜禽源ARGs 的来源分布、传播途径和处理工艺的研究，有利于全面评估养殖环境中ARGs 的生态环境风险，同时为畜禽养殖环境的保护和动物产品质量安全的保证提供理论和科学依据。本文针对畜禽养殖环境中ARGs 的污染问题，结合国内外的最新文献报道，对不同畜种、不同国家（地区）养殖场内ARGs 的分布规律及不同环境介质中ARGs 的迁移扩散进行了综述，对比了鸡、猪和牛等主要养殖畜种间ARGs 丰度的差异，分析了地域性污染特征，并论述粪便堆肥和废水处理等主要粪污资源化利用途径对ARGs 的去除效果及处理过程中ARGs 的消长规律，最后对畜禽源ARGs 的污染防控进行了展望。

1 畜禽养殖环境中抗生素抗性基因的产生及来源

ARGs 在畜禽粪污（粪便和废水）、周边环境（土壤、水体和空气）等不同环境介质中普遍存在[6-7]，其借助质粒、整合子和转座子等可移动性遗传元件（Mobile genetic elements，MGEs）通过接合、转座、转化等方式在微生物中持续传播并广泛扩散[8]。畜禽源细菌中ARGs 的不断检出，引起人们对抗生素使用与ARGs 产生之间关联性的重视[9]。我国于2020 年7 月1 日起，禁止企业在商品饲料中添加用于促动物生长的抗生素，但此前抗生素长期使用造成的细菌耐药性产生与传播仍是全球疾病防控面临的重大问题[10-11]。迄今为止，在畜禽粪便、养殖废水等不同介质中发现并报道的ARGs已包含近40种四环素类抗性基因、10余种高风险β-内酰胺类抗性基因、3种磺胺类抗性基因以及多种喹诺酮类抗性基因[12]，且四环素抗性基因和磺胺类抗性基因的检出率和含量水平较高，其在养殖环境中的污染较为严重[6]，这与广谱兽用四环素和磺胺类抗生素药物的普遍使用密切相关[13]。养殖环境中ARGs 主要来源于抗生素亚致死剂量诱导微生物发生基因新突变（细菌内在抗性）或者在抗生素等因素胁迫下经ARGs 水平转移（获得性抗性）。其中，动物肠道微生物通过随机突变或者表达其体内潜在抗性基因等途径而获得抗生素抗性，即肠道细菌固有的抗性是养殖环境中ARGs 普遍存在的原因之一。然而，一般细菌的自发突变率仅为10-6～10-8且非常不稳定，通过突变来获得多种抗生素的多重耐药性几率更低[14]。相比之下，通过微生物体内MGEs（如质粒、转座子、基因盒等）介导而发生的ARGs 在细菌种内和种间的转移，对畜禽源ARGs 和耐药菌广泛迁移及严重污染的影响更为显著[15-16]。此外，抗性基因的外源输入亦是养殖环境中ARGs 的重要来源，如通过进食将水源和饲料中存在的某些ARGs 直接带入动物体内后，又随粪便及尿液排泄进入环境。外源输入的ARGs也会通过垂直传递和水平转移的方式在养殖环境中进一步传播扩散。ARGs 污染比较特殊，其不同于其他化学污染，一旦产生就很难控制和消除。因此，ARGs 在养殖环境中的持久性残留和在菌群间的迁移、转化和传播，比抗生素本身对生态环境的危害更大。

2 畜禽养殖环境中抗生素抗性基因的研究方法

畜禽养殖环境中抗生素抗性基因的主要研究方法有微生物培养法、PCR（Polymerase chain reaction）技术和宏基因组测序技术等。

2.1 微生物培养法

微生物培养法是指通过药敏试验检测微生物的抗生素抗性表型来评价其耐药性，是研究畜禽源细菌耐药性的传统方法，其主要包括3 种检测方式：①基于测量最小抑制浓度（MIC）的肉汤稀释法和平板稀释法；②基于药敏纸片测量抑菌圈直径的K-B 琼脂扩散法；③将稀释法和扩散法相结合的E-test 试验法。现在使用最为广泛的是药敏检测K-B 琼脂扩增法（纸片法）[17]，即在已接种待检菌的琼脂平板上贴上含有定量抗生素的小纸片，药物在纸片上向周围区域溶解扩散而形成递减浓度梯度，在其范围内抑制待检细菌的生长并产生透明的抑菌圈，根据抑菌圈的大小来判断微生物对抗生素的耐受水平[18]。传统的微生物培养法在研究可培养细菌的抗生素抗性方面发挥了重要作用，但是该方法的缺点是漏失了不可培养菌携带的抗性基因。近些年，新兴的培养组学结合了MALDI-TOF 质谱和16S rRNA 测序技术，利用不同条件培养难培养菌生长并可实现细菌等微生物的鉴定。随着新兴培养组学的发展，新型培养技术逐渐涌现，如膜扩散培养技术、微流控培养系统和基于细胞分选的方法等，并且其中一些已有成功的细菌培养案例[19]。新兴培养组学相较于PCR 技术与宏基因组学，细菌检测灵敏度极大提高，检测阈值可低至每克粪便102个。同时，微生物培养的自动化仪器也在不断发展，使得微生物培养技术更为省力便捷。新兴技术能够一定程度提高微生物分离培养的潜力，理论上可以应用于多种分类单元，但其仍有局限性。故对于微生物培养技术的研究仍要继续深入，促进技术方法不断成熟和进步。

2.2 PCR技术

随着科技进步和分子生物技术的发展，研究畜禽养殖环境中抗性基因和耐药菌的方法越来越多，定性PCR 技术是一种扩增特定DNA 片段的分子生物学技术，不需要对微生物分离培养，可快速、灵敏、准确地进行直接检测。针对普通PCR 方法只能检测环境中是否存在ARGs 而无法精准量化的问题，实时荧光定量PCR（Real-time quantitative PCR，qPCR）和高通量荧光定量PCR 技术逐渐发展起来。qPCR 是PCR 从定性到定量的飞跃，因其重复性好、稳定性强，且具有实时性，已被广泛用于环境样品中ARGs 的定量分析，该方法还可以直观分析抗性基因在环境中的变化，为探究ARGs 在环境中分布特征及迁移规律提供了方法学上的更多可能[20]。而高通量荧光定量PCR技术进一步突破了普通qPCR 同步测试数量少和种类有限的局限性，可同时对多个样品及上百种抗性基因进行定量分析，大大提高了检测效率，在养殖环境中应用也越来越多。ZHU 等[21]应用高通量荧光定量PCR技术在养猪场粪便、堆肥及周围施用粪肥农田土壤中检测到149 种ARGs，基本涵盖目前的主要ARGs类型。

2.3 宏基因组测序技术

宏基因组学也称为微生物环境基因组学，是对环境样品中直接获得的总DNA（包括全部微小生物遗传物质的总和）进行分析的所有研究集合[22]，它不仅是一套研究方法，更是一个研究领域[23]。利用宏基因组测序技术检测畜禽养殖环境中ARGs 主要分为三步：①宏基因组DNA 的提取；②构建宏基因组文库；③宏基因组文库的分析与筛选。随着测序技术和组学分析技术的不断发展，宏基因组测序在畜禽源ARGs 检测以及ARGs 生态健康风险评估方面的应用也越来越多。FANG等[24]利用该方法在鸡粪及鸡粪肥施用土壤中检测出22 类ARGs 以及46 种由致病菌携带和32 种人类致病菌所携带的抗性基因。宏基因组测序技术还可以发掘畜禽养殖环境中存在的新型抗性基因，客观全面地反映ARGs 的多样性，确定新的抗性机制并揭示生态作用。另外，通过转移基因组的检测分析，宏基因组测序还可以为研究环境中畜禽源ARGs 的水平转移提供方法支持[25]。近年来宏基因组学的发展，使得养殖环境中ARGs 的深入研究更加简便、高效且具有较高特异性，成本也不断下降，同时也增加了人类对养殖环境中抗性基因污染的了解和认知。鉴于环境中ARGs 具有潜在的生态风险与健康危害，故运用先进的ARGs 检测技术手段研究其传播机制与功能十分必要。

3 畜禽养殖环境中抗生素抗性基因的污染现状

3.1 畜种间差异

畜禽养殖业中各畜种（主要包括鸡、牛、猪等）由于具有不同的生理特性、生活习性以及养殖环境，其粪污中的ARGs 多样性和丰度存在显著差异。研究显示，鸡粪和猪粪中ARGs 浓度平均值显著高于牛粪[26-27]。邹威等[28]针对不同畜禽ARGs 的研究发现，养鸡场粪便中磺胺类和大环内酯类ARGs 的相对丰度（ARGs copies/16S rRNA copies）高于养猪场粪便，如鸡粪中sul2 基因的相对丰度为2.16×10-2～2.26×10-1，高于猪粪中的1.2×10-4～5.56×10-2，该结果与CHENG 等[29]对我国华东地区畜禽粪便的调研结果一致。MU 等[30]通过定量检测磺胺类、四环素类以及大环内酯类ARGs 也印证了这一结论，各畜种养殖场中ARGs总浓度表现为鸡>猪>肉牛。谷艳茹等[31]对天津地区不同发育阶段猪群的研究发现，母猪粪污中多数ARGs 的相对丰度显著高于仔猪和育肥猪。由此可见，不同种类畜禽粪污中ARGs 的浓度水平存在差异，且处于不同生长发育阶段的畜禽产生的粪污中ARGs浓度也不同。

造成不同畜种间ARGs 水平差异的原因是复杂的，鸡粪中ARGs 的丰度较高，可能是由于鸡饲养过程中允许的饲喂抗生素用量高于猪和牛的允许用量[32]。有研究报道，鸡和猪的粪便中发现的抗生素残留量通常比肉牛高，我国畜禽养殖业鸡粪中抗生素残留量（1 420.8 mg·g-1）明显高于猪粪[33-34]。此外，养鸡场较高的养殖密度也导致其更容易感染传染病，养殖户为了预防和治疗疾病，可能会使用超出许可范围的抗生素。除了抗生素使用量高以外，鸡微生物组中ARGs 的高度可转移性也可能有助于ARGs 在鸡粪中的传播。QU 等[35]使用宏基因组学方法发现，MGEs是鸡盲肠微生物组的主要功能成分，有助于基因水平转移。一般而言，由于较高的繁殖密度和较短的生长周期，养鸡和养猪使用的抗生素量远高于养牛[33]。同时，不同农场同种动物样品中ARGs 的多样性和丰度也存在差异，这可能与饲料条件（饮食结构和抗生素使用剂量）、动物亚型和年龄有关，如在低剂量水平上应用不同抗生素可能导致牛粪中ARGs 类型的显著变化[36]。进一步地，还可以用动物饲料中添加的不同抗生素以及畜种之间的肠道菌群差异来解释[37-39]。而不同育龄阶段ARGs 变化的原因，可能是动物各生长阶段的抗生素给药方式不同。猪的养殖早期阶段会使用较高剂量的抗生素，在其生长过程中逐渐降低抗生素使用浓度，故肥育猪粪污ARGs 的丰度和多样性低于母猪和仔猪[40-41]。

3.2 地域性差异

畜禽养殖业中ARGs 污染情况在各国间存在差异，这很大程度上受到当地抗生素使用法律法规和实施情况的影响。近年，欧盟以及一些国家为应对抗生素抗性的蔓延，限制了养殖业中用于预防疾病的抗生素的用量，同时对饲料级抗生素也进行了限制，尤其是四环素和多黏菌素的使用[42]。尽管各国均有相关监控和管理部门，但抗生素仍在养殖业广泛应用，导致动物和农业生态系统中ARGs的增加[43]。尤其是许多低收入和中等收入国家和地区对抗生素使用监管不到位，使得抗生素和ARGs 进入到土壤和水体中，给环境健康和社会安全带来重大风险[7]。在已报告ARGs 丰度数据的96 个国家中，我国是最大的抗生素生产者和消费国，养殖业产生的粪便中通常有较高的ARGs 丰度[44]。我国自20 世纪70 年代使用抗生素以来，消费量呈持续增长趋势，近一半抗生素进入了养殖业，总量达105 000 t[45]。畜禽养殖环境中ARGs 污染在全球各国间存在地域性差异，HEUER 等[46-47]的研究发现德国养猪场粪便中磺胺类ARGs 相对丰度为10-5～10-2；而美国24 个畜禽养殖场粪便中，sul1 的相对丰度范围为10-6～10-5，低于德国。ARGs 的丰度变化还取决于各国不同地区的具体情况，不同地区畜禽养殖业ARGs 的污染水平存在较大差异。在美国奶牛场中，中西部和东北部养殖场粪污中ARGs 丰度具有明显差异。在我国，山东养殖场牛粪中ARGs 的绝对丰度（浓度高达1011copies·g-1）比陕西高出约100倍[48-49]；河北地区养猪场和养鸡场ARGs 的平均相对丰度分别为4.99×10-2和1.36×10-1，均高于天津市[29]。对某些国家来说，ARGs 丰度主要与抗生素使用量和残留浓度有关，但由于影响耐药菌生长以及ARGs 传播和削减的区域物理和化学条件不同，各地区ARGs丰度可能出现较大的差异[6]。全球抗生素使用量与ARGs 浓度之间尚无法建立明确的联系，如我国山东和美国科罗拉多各自在本国范围内抗生素的使用情况较为相似（分别占全球消费量的23%和19%）[48-49]，但对两地猪场废水中的四环素类ARGs丰度进行比较发现，山东地区较科罗拉多高出104 倍，因此，比较国家间ARGs污染情况是十分必要的。

4 典型粪污处理工艺中抗生素抗性基因的影响

4.1 固体粪便堆肥

堆肥作为一种可以有效减少甚至消除畜禽粪便中ARGs 的常见方法（主要有好氧堆肥和厌氧堆肥两种方式），可以有效杀灭动物粪便中的病原菌，将粪便制成有机肥[50-51]。而堆肥过程中产生的高温可以消除耐药微生物，降低粪便中的抗生素残留，削减ARGs的浓度水平，实现粪便无害化处理。QIAN 等[26]的研究显示，堆肥分别使鸡粪和猪粪中ARGs减少了57种和28 种，平均从鸡粪中去除了53%的ARGs，堆肥后65%的ARGs丰度不足原来的1/10。吴丹[52]对北京地区畜禽养殖场粪便好氧堆肥的研究也发现，ARGs 去除率高达90.0%～99.9%。另外，厌氧发酵作为畜禽粪便资源化和肥料化利用的一种重要方式，也能够有效地削减ARGs 的丰度。钱燕云等[53]的研究显示，厌氧发酵过程中tetG、tetL、tetO、tetW、sul1 和sul2 的丰度均有所下降。除了有关好氧或厌氧堆肥过程中ARGs变化的研究，现阶段也有针对好氧-厌氧结合堆肥中ARGs 去除效果的研究，好氧-厌氧两相堆肥能够有效地降低部分ARGs 和潜在致病菌丰度，其中ermB、tetK的相对丰度分别降低了39.7%、72.2%[54]。

堆肥虽然能够一定程度去除大多数ARGs，抑制潜在致病菌的繁殖扩散，但部分ARGs 和致病菌仍存在增多的现象。如在高温堆肥过程中，与堆肥初期相比，猪粪中ermF 出现了增加的情况[55]。ZHANG 等[56]也发现经过堆肥处理，一些ARGs 的丰度减少，但也有部分ARGs 丰度增加，因此，现有的堆肥工艺仍有许多问题亟待优化。通过控制堆肥的外部因素，如pH、温度、碳氮比等，可以提高抗生素降解和ARGs去除的效果。好氧和厌氧堆肥去除ARGs 主要是通过提高温度达到目的，传统技术最高温度一般在55 ℃[57-58]，但对部分ARGs 的去除效果并不理想。AWASTHI 等[59]发现在堆肥过程中添加高浓度的黏土可以使去除效果明显提升，并且其与温度、pH、二氧化碳浓度以及微生物可利用的营养元素等因素显著相关。还有研究人员在传统好氧堆肥和厌氧消化的原材料中添加零价铁、锯末、稻壳、蘑菇残渣、中药残渣等物质，发现也有一定增效作用，这可能是由于添加物影响了堆肥过程中微生物种类、营养成分、温度及水分，但具体机制仍需要进一步研究[60-63]。

4.2 废水处理工艺

畜禽养殖废水是ARGs 的重要储库之一，ARGs随废水排入河流或回用于农田都可能增加环境风险。MCKINNEY 等[49]和SMITH 等[64]的研究 表明养 猪场废水中tetQ、tetM、tetW 和tetO 具有较高的丰度。冀秀玲等[65]检测了上海地区养牛场废水中磺胺类和四环素类ARGs，发现含量最高的分别为sulA（108～1010cop⁃ies·mL-1）和tetW（106～107copies·mL-1）。HE等[3]指出，猪废水样品中的ARGs 至少比井水和鱼塘水中高31倍。此外，在养殖场周围的土壤和水环境中也检测到高水平的ARGs。养殖场废水处理对ARGs 的削减具有重要意义，不同处理工艺中ARGs 消长变化不同，且ARGs 转归规律尚不明晰，某些ARGs 经过处理后甚至有增多现象，研究畜禽养殖废水中ARGs 在处理过程以及农田回用过程中的变化规律十分必要。厌氧消化是畜禽养殖场中使用广泛的废水生物处理工艺，产生的沼气可以作为生物能源，残渣通常用作有机肥料[66-68]。ZHANG 等[69]的研究表明厌氧发酵降低ARGs 丰度的幅度最高可达63.9%。SUI 等[68]也指出厌氧发酵可以大幅降低ARGs 丰度，并且废水在系统内停留时间越长越有利于ARGs 的去除。厌氧消化和好氧生物处理对tetA、tetW、sul1、sul2 等ARGs 的平均去除率为33.3%～97.6%[70]。废水处理系统运行状况受季节变化的影响，CHEN 等[71]研究发现，夏季ermB、ermF和ermX的去除效果比冬季好。然而，由于处理系统实际运行情况不同，厌氧发酵工艺也存在使一些ARGs 水平升高的情况。ZHANG 等[69]的研究表明猪场废水经微波+H2O2处理后进行厌氧消化，ARGs浓度水平有上升趋势，其他研究中也出现了厌氧发酵工艺增加ARGs丰度的结果[72]。养殖场废水处理工艺中，氧化塘和人工湿地也很常见，JOY 等[73]的研究结果中，猪场废水经氧化塘处理40 d 后，ermB 的丰度仅降低了50%～60%。由此可见，现行的养殖废水处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果并不理想，还需研发能够消解养猪废水中ARGs 的新技术，以降低畜禽源抗性基因的二次污染。此外，出水中高浓度ARGs的存在亦说明猪场废水的外排是畜禽源抗性基因进入环境中的一个重要的潜在途径。

5 畜禽源抗生素抗性基因向各环境介质的迁移扩散规律

畜禽养殖过程中产生的ARGs 并不仅仅存在于养殖场及其周边环境，还会通过各种农业活动污染地表水、地下水、农田土壤和作物等（图1）。其中，粪便堆肥还田是畜禽养殖场向周围环境输出ARGs 的主要途径，ARGs进入土壤环境后会改变天然耐药水平。许多研究表明，粪便是抗生素和ARGs 的存储库，禽畜粪便的施用造成土壤中抗生素抗性基因和相关耐药菌群的增加。GU 等[74]对洱海流域的研究结果表明，施用不同动物粪肥对农田土壤中的ARGs 具有不同的影响，施用猪粪后ARGs 丰度比对照土壤增加了36 倍，而施用鸡粪和牛粪肥使ARGs 的丰度分别增加了30 倍和11 倍。粪肥中ARGs 对土壤环境的污染是长期且持续的，在ZHANG 等[27]的研究中，随着时间的推移，施用家禽粪便的土壤中ARGs 的相对丰度虽有下降，但仍明显高于未施用粪便的土壤中ARGs 水平。更令人担忧的是，ARGs 随粪肥进入土壤增加了其对人类的暴露风险，土壤中ARGs 可能会通过内生菌进入植物体内，危害农产品安全，最终可能随着食物链进入人体。MARTI 等[75]在施用猪粪的土壤与其上生长的蔬菜中都检测到多种ARGs。同时，土壤中ARGs还可能随雨水淋溶和径流冲刷进一步扩散到周围水体环境中，在更大范围内传播和富集。

图1 畜禽源抗生素抗性基因在环境中的传播扩散Figure 1 Transmission and diffusion of antibiotic resistance genes from livestock and poultry farming

畜禽养殖业中ARGs 除了随堆肥进入土壤环境外，还可能通过气溶胶进入周围大气环境中。研究表明动物粪便及其接触土壤中的ARGs 会通过气流作用留存于空气中，并且在处理处置期间，通过堆肥发酵、蒸发等方式被气溶胶化，从而进入周围大气环境[76-78]。目前，养殖场大气环境中检出的ARGs 种类繁多，这与养殖业抗生素使用密切相关，其中大环内酯类和四环素类ARGs 检出率较高[79-80]。这可能是由于四环素类抗生素作为重要的抗菌药物，广泛应用在集约化养殖场中用于促进动物生长和预防疾病[81]，大环内酯类抗生素则因其能有效抑制某些革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，而被用于畜禽细菌感染性疾病的治疗[82]。在养殖环境的大气中发现的四环素类ARGs已达10 余种。养猪场气溶胶中检出13 种四环素类ARGs，肉牛养殖场中检测出6 种四环素类ARGs[83]。ermA 和ermB 是最常被检出的大环内酯类ARGs，在养鸡场舍内气溶胶中普遍存在[84]。有研究人员从养猪场大气环境金黄色葡萄球菌中检出了ermC，肠球菌和链球菌中检出ermF 和mefA，并发现部分菌株表现出多重抗药性[85-86]。大气环境中ARGs 种类及丰度受室内外环境条件和养殖情况等多重因素的影响。刘菲等[87]研究发现，肉鸡养殖场舍内外ARGs 丰度相差1～4 个数量级，鸡舍内PM2.5中ARGs 丰度明显高于舍外。MCEACHRAN 等[83]对肉牛养殖场周围空气颗粒物的研究发现，下风向气溶胶中ARGs 丰度显著高于上风向。

养殖环境中ARGs 还可能通过野鸟、飞虫（蜜蜂、果蝇）和土壤动物（蚯蚓、跳虫、线虫、螨）等媒介传播扩散。蝇类与动物粪便中微生物群和ARGs/MGEs 的结果表明，苍蝇可能在抗生素抗性的流行病学中发挥重要作用，监测其生命活动可以帮助了解耐药性的传播动态[88]。研究显示blaNDM在养鸡场中能够通过狗、苍蝇和野生鸟类等互相传播，并可能随鸟类迁徙进行长距离迁移[89]。土壤动物在ARGs的传播中发挥重要作用，其肠道微生物可能是ARGs 的潜在储存库，其迁移活动或者被捕食过程会造成ARGs 的扩散。有研究表明，长期施用鸡粪增加了蚯蚓肠道中ARGs 丰度，猪粪施用也使得线虫、跳虫和捕食性螨中抗生素抗性增强[90-92]。对跳虫-捕食性螨土壤食物链的研究发现，猪粪来源的ARGs 在土壤生态系统中会通过营养级传递，这说明食物链传递对土壤中ARGs 的扩散具有重要贡献[91]。但关于土壤动物在自然食物网和生态系统中传播的研究仍然有限，且ARGs 的扩散可能受食物网中动物种类及营养关系的重大影响。因此，针对ARGs 向不同环境介质迁移的复杂情况，从分子层面对ARGs 的传播扩散机制进行深入分析是十分必要的，并需要对畜禽养殖场粪污进入周围环境的途径进行管控，从而有效减少ARGs 对受纳环境的污染和对生态系统的危害。

6 畜禽养殖环境中抗生素抗性基因的管控策略

解决畜禽源ARGs 污染需在养殖粪污产生、处置、利用等各环节进行有效管控，提高畜禽养殖业粪污处理中ARGs 的去除效率，并最大程度地减少排放到周围受纳环境中ARGs 的数量，从而降低ARGs 对环境及人类健康的危害。在源头控制方面，需进一步落实兽用抗生素管控的法律法规，加强用药监督，同时积极开发并推广使用抗生素替代品，如抗菌肽、益生菌、益生元等。这些替代品具有大部分或全部的抗生素功能，不易引起细菌的耐药性。其中益生元还可通过调节代谢和免疫系统建立良好的肠道菌群，抑制病原体并促进生长[93-94]。值得注意的是，减少抗生素使用虽然减少了动物体内某些抗性细菌和多重耐药细菌的丰度，却不一定会使ARGs 的丰度降低[95]。携带ARGs 的质粒频繁接合会导致不使用抗生素时质粒仍在微生物群落中存在的情况，因此，除停止兽用抗生素使用外，还需要采取相关措施，如应用质粒消除等技术防止耐药质粒接合对ARGs 丰度水平的影响。对于养殖场与养殖户，要向其普及抗生素污染的相关知识，使其加强对养殖业ARGs 污染与扩散造成潜在危险的认识。养殖场动物疾病防控工作也十分关键，需要及时调整动物饮食以减少疾病（猪的痢疾、牛的瘤胃酸中毒等）的发生，降低人与动物的接触频率，优化养殖场废物收集方法，并为患病畜禽建立隔离区以控制疾病的传播。

在过程减量环节中，要对ARGs 去除工艺条件进一步优化，如固体粪便采用效果良好的堆肥处理工艺，以提高ARGs 的去除效率。畜禽养殖业废水处理工艺中，在好氧、厌氧等技术基础上，还可以考虑加入消毒等方法，以实现ARGs 最大程度的削减[96-97]。针对养殖业废水和废物最终的处理处置，应建立合理可行的法规和政策，以指导粪肥贮存和废水处置等实践。在末端治理方面，对于养殖环境ARGs 向各环境介质扩散的情况，则要加强对ARGs 分布的具体调查，以及对土壤、水体和大气等多种受纳环境中ARGs污染的定量分析和长期监测，确认ARGs 的污染区域和水平及其周年变化规律，建立相关的ARGs 污染数据库。同时，加强对ARGs 生态环境危害的研究，建立抗生素抗性生态风险评估体系，尽可能减小ARGs对环境和人类社会造成的危害。此外，对环境中畜禽源ARGs 传播机制及其驱动因素的深入研究也十分必要，准确了解受纳环境不同介质间ARGs 的迁移及消长规律，确定不同作用机制ARGs 的关键宿主菌群及其传播主导途径，有助于阐明ARGs 在各环境介质中的迁移转化，为我国畜禽养殖源ARGs 的污染控制提供参考。

7 结论与展望

畜禽养殖活动的加剧不仅加速了环境中畜禽源微生物的进化，还导致抗生素抗性基因在不同环境介质中的多方向传播，甚至通过食物链威胁人类健康。目前，关于畜禽养殖环境中ARGs 的研究主要集中在粪便、废水、堆肥和农田土壤中的残留等方面，而对于ARGs 在畜禽粪污利用、处置过程中的组成多样性演变，及其在受纳环境中的迁移、扩散过程则较少关注。同时，该领域研究尚缺乏对畜禽养殖场内和周围粪污受纳环境中ARGs 归趋行为的系统性分析，以及对环境中ARGs 分子扩散机制的深度剖析。针对以上问题，未来应进一步加强以下几方面研究：

（1）探明养殖环境中ARGs 向受纳环境的迁移与扩散机制，以及与其迁移相关的宿主微生物种类和进化问题。

（2）发展更加灵敏有效的方法与技术手段，获得更准确的ARGs 定量监测数据，提供更充足的证据来阐明养殖过程中ARGs的分子转移机制。

（3）深入研究ARGs 在养殖环境中的持久性，对其长期持久存在可能带来的风险进行系统性评估，科学收集数据并建立完善的评价系统。

（4）全球ARGs 数据库的建立和共享是急迫且必要的，了解并借鉴各国和各地区政策及措施，探索更合理的养殖业粪污管控方式，更有利于有效控制ARGs在畜禽养殖场内的迁移并减少其向周围环境介质的传播。