简述畜禽养殖环境中抗生素及抗生素抗性基因的相关研究进展

唐文迪，佟丽鑫，于 晶，叶子健，生 浩，时宇飞*

1.嘉应学院生命科学学院，广东梅州 514015；2.通化市二道江区动物疫病预防控制中心，吉林通化 135300；3.吉林省通化市二道江区铁厂镇综合服务中心，吉林通化 134006；4.公主岭市农业行政综合执法大队，吉林公主岭 136100；5.通化市二道江区农业农村局，吉林通化 134003

我国生产和使用抗生素的总量一直位居全球榜首。抗生素常常被作为是一类有效抗菌剂被长期广泛应用于畜禽养殖业中。据专家统计，我国每年用于畜禽养殖业的抗生素原料约占每年生产总量的52%。而动物只可以吸收利用少量抗生素，还有25%～75%的抗生素会残留在动物的粪便、尿液中排出体外，对环境造成污染。长期使用抗生素还会诱导动物体内产生抗生素抗性基因，ARGs会通过动物粪便、清洗动物体表的污水等向畜禽养殖环境或其周边环境输入，不仅会对养殖环境周边的地下水和土壤造成污染，抗性基因的扩散传播还有可能危及人体，增加人体抗药性，威胁人类健康。

1 抗生素及其抗性基因污染与传播

抗生素进入土壤环境最主要的途径就是动物所排放的粪便被用于施肥的过程中，抗生素以此直接污染土壤，间接污染地下水。专家研究分析了不同畜禽粪便中抗生素的残留情况，结果表明：猪的粪便中浓度最高的抗生素是四环素，其中金霉素的浓度高达46 mg/kg。鸡粪便中的磺胺二甲基嘧啶浓度也高达20 mg/kg。同时，全国各地有关于抗生素残留在畜禽粪便中被检测出超标的新闻报道屡见不鲜。因此，抗生素进入环境中最主要的途径就是通过含有抗生素的动物粪便作为有机肥料施用于农田。抗生素被农田中的土壤颗粒吸附，积累到一定程度时，便会诱导细菌产生耐药性，形成ARGs。ARGs会对土壤、水体、空气、动物等各方面带来不可忽视的生态风险。ARGs通过粪便进入土壤对其造成污染，还会利用微生物、动植物进行传播扩散，从而危及食物链的上各个营养级的健康。此外，动物粪便直接用于施肥还会间接地对地下水造成污染，ARGs随着水体流动会对污染造成更大程度的扩散，对于将地下水作为主要饮用水的地区来说，这可谓是一个巨大的威胁。有专家研究表明，动物粪便直接接触过的土壤以及养殖环境流出的废水含有大量的ARGs。通过对比土壤和水环境等介质发现，空气中携带的ARGs种类最多。

另外，ARGs对动物会造成巨大影响，一旦抗生素在动物体内变成共价代谢物，就会残留在体内很难代谢出去，这样就会使人类食用的动物产品残留着许多抗生素及ARGs，对动物及人类的健康都会造成威胁。

2 抗生素及其抗性基因在畜禽养殖环境中的污染现状

20世纪，我国是全球抗生素使用量最多的国家，其中绝大部分都是用于动物生产。而残留的抗生素给饲养环境中的微生物造成生长压力，畜禽饲养中残存的抗生素致使饲养场及其周边环境的各种病毒细菌耐药性不断增加，并通过水平基因转移使病毒细菌等获得ARGs，这会使得抗生素的使用效率降低，很多养殖场在使用5倍初始计量后，都不能获得场主满意的效果。抗性基因的种类和峰度以及养殖模式、种类和密度密切相关，畜禽养殖环境中的ARGs多样性和峰度也都存在显著差异。有研究发现通过对比不同种类的畜禽饲养环境中的ARGs含量发现，养鸡场中磺胺类和大环内酯类ARGs的相对峰度明显高于养猪场。之前也有相关研究证明，通过检测发现禽类养殖环境中抗生素的残留量比猪、肉牛、鱼的都要高，究其原因应该是禽的养殖过程中对于抗生素的依赖性比猪和牛的都要更大。

造成不同畜禽种类之间如此差异的原因可以从多方面去探究，同时各国之间畜禽养殖的ARGs污染情况也各不相同。尽管每一个国家都有与限制抗生素相关的监控、管理部门，但是人们还是摆脱不了抗生素在养殖业中的应用，这是导致ARGs在动物和农业生态系统中增加的重要原因。根据研究结果表明，中国在动物养殖中使用抗生素的比例相对较高，中国的畜禽废物中ARGs峰度也更高。从20世纪七十年代抗生素出现并开始使用起，中国对于抗生素的消费量持续增长，有近一半的抗生素进入养殖业，总量高达105 000 t。尽管全国抗生素的使用量相对来说较为相似，但是ARGs的绝对峰度还取决于具体的养殖场地条件。

3 减少畜禽养殖环境中抗生素及其抗性基因的有效手段

近年来，我国科研人员通过不断研究与探索，对抗生素影响畜禽粪便和环境中ARGs峰度的机理有了一定了解，发现了改变畜禽养殖场的管理方法可以有效抑制ARGs的峰度和多样性。并总结出在养殖过程中可以有效抑制ARGs的峰度和多样性的关键控制点，这为政府制定适当的政策奠定了基础。

3.1 减少场内ARGs的增殖

最紧迫的需求之一是通过改善畜禽养殖管理策略，从源头控制ARGs水平，以减少畜禽废物中ARGs的峰度和多样性。改变畜禽养殖场的管理方法可以有效抑制ARGs的峰度和多样性。维持和传播抗生素耐药性同样重要，全面了解抗生素如何使用会影响畜禽粪便和环境中ARGs的峰度，为制定适当的政策奠定基础。

同时，可以使用适当的抗生素替代品如AMPs、中药制剂、有益肠道微生物、各类植物精油等替代抗生素，从而增强动物自身免疫力，实现无抗养殖，对畜禽养殖环境污染有更加明显的改善作用。

3.2 固体粪便堆肥处理

提高当前畜禽废物处理的ARGs去除效率可以最大限度地减少排放到周围环境中的ARGs的峰度。对于固体废物处理，应当制定合理可行的法规和政策以指导粪肥储存和处置。其中最常见的就是固体粪便堆肥，能够有效降低畜禽粪便中ARGs的浓度水平，还可将粪便制备成有机肥，主要包括好氧和厌氧堆肥两种方式。有研究显示，猪粪和鸡粪通过堆肥后会分别去除28%和57%的ARGs。也有研究人员通过添加稻壳、锯末、中药等物质对堆肥过程进行改良，发现对ARGs有明显的消除作用。

3.3 养殖场废水的处理

畜禽养殖所产生的污水是ARGs扩散的重要介质之一，ARGs随着污水入河或用于农田灌溉都能增加环境污染的风险。这种养殖污水处理方法使用较为广泛的是厌氧消化，产生的沼气可作为生物能源，残渣可作为有机肥用于进入种植业进行利用。有多位专家进行研究证实厌氧发酵对ARGs峰度的降低有着显著作用，最高可降低63.9%。

4 国家对抗生素使用的重视程度逐年增高

我国在20多年前就已经意识到乱用抗生素的危害。农业农村部（原农业部）于2002年颁布《禁止在饲料和动物饮用水中使用的药物品种目录》（农业部公告第176号）和《动物源性食品中兽药最高残留限量》(农业部235号公告)并于2020年4月1日被GB 31650-2019食品安全国家标准《食品中兽药最大残留限量》所代替。2005年农业部公告第560号《兽药地方标准废止目录》，将29种抗生素列为禁用兽药，并持续开展兽药残留监控和检测等工作，严厉打击、查处在动物生产中使用违禁药物等行为。2016年制定《全国遏制动物源细菌耐药行动计划（2017～2020年）》，其中明确提出六项重点举措：一是推动促生长用抗菌药物逐步退出；二是强化兽用抗菌药物监督管理；三是健全动物源细菌耐药性监测体系；四是强化兽用抗菌药物残留监控；五是开展兽用抗菌药物使用减量化示范创建；六是加强从业人员培训和公众宣传教育。在2019年下发中华人民共和国农业农村部公告（第194号），公告要求：自2020年1月1日起，退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种。目前替代抗生素的中药制剂、微生物制剂已经全面在全国销售和使用。

5 未来研究方向

抗生素及抗生素抗性基因ARGs在畜禽养殖环境中的残留，严重影响我国养殖业的健康发展。目前的研究热点主要集中于ARGs在畜禽养殖环境中的残留污染情况，畜禽养殖环境中抗生素和抗性基因的常用的几种处理方法虽然有表现出不同程度的去除效果，但也存在很多问题，对于如何实现无抗养殖、如何阻止ARGs在畜禽养殖环境中的迁移扩散等都没有非常有效、具体的解决方法。因此，针对上述问题今后相关科研也应聚焦在以下几点。

5.1 进一步研究畜禽养殖场内ARGs维持和转移的机制，有助于了解ARGs是如何传播到新环境和新宿主中的。

5.2 需要对畜禽废物到畜禽环境的ARGs途径进行协作性和跨学科研究，以加强源头控制，提高ARGs的去除效率。

5.3 扩大ARGs定量数据库对于加强风险评估、开发和有助于畜禽养殖业中抗生素的使用。

5.4 国家应继续制定实施扶持性政策，鼓励养殖企业与科研机构、大专院校合作，在政策上、资金上对研究利用中草药、微生物制剂等替代抗生素的科研项目给予扶持和资助。