畜禽糞便攜帶大量的具有抗性的微生物，這些微生物帶有大量的可移動因子如整合子、轉座子和質粒等，進入環境后，增加了環境的抗生素抗性.基因的水平轉移(Horizontal Gene Transfer，HGT)是抗性擴散的主要因素，這是因為畜禽糞便中的微生物并不能很好地適應新環境.已有研究表明，畜禽糞便中微生物群落結構*不同于其他環境如土壤，畜禽糞便土地利用幾個月之后，土壤中就很難再檢測到來自于畜禽糞便中的微生物.

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但HGT卻使大量的可移動因子進入到土著細菌，從而使抗性基因在土壤中*存在.已有研究表明，豬糞能夠促進抗性基因的水平轉移，并且抗生素能夠進一步增加整合酶和轉移酶的活性，從而促進基因的水平轉移，而這得益于細胞自身的SOS效應.現已發現多種類型的整合子和成千上萬的移動基因盒，而整合子分布于染色體、質粒和轉座子上，但有趣的是抗生素抗性基因盒大多整合在質粒和轉座子的整合子上，很少整合在染色體的整合子上，這些都加劇了抗生素抗性基因的水平轉移.例如，現在研究zui多的1類整合子主要是插入在Tn402家族的轉座子上，并且捕捉sul1基因盒，這對很多臨床上微生物抗性基因的聚集有很大關系.

　　另一方面，抗生素抗性基因進入受體細胞之后，需要表達來抵抗外來抗生素的影響，這增加了受體細胞的代謝負擔，但通過質粒載體進入細胞之后，這種基因帶來的代謝負擔就會少很多，而且在傳接幾代之后會明顯改善.另外，相當一部分抗性基因在進入受體細胞之后并不表達出活性，是一種沉默基因(Partridge et al., 2009)，在沒有抗生素存在時，以zui小的代價使抗性基因得到擴散，并且傳統培養方法檢測不到.

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　不同的抗生素抗性基因可能同時存在于同一個質?；蛘咿D座子上，也就是說一種抗性基因的轉移和增殖，伴隨著另外一種抗性基因的轉移和增殖，或者是獲得了一種抗性基因之后，受體細胞對其它抗性基因的通透性加強，這樣就產生了多重抗性基因，導致一種微生物同時具有多重抗性.例如，盡管畜禽養殖場未使用氨基糖苷類抗生素，但是氨基糖苷類抗生素抗性基因的數目卻增加了近1萬倍;同樣地，在未使用酰胺醇類抗生素時，其抗性基因的豐度也增加了近500倍(Looft et al., 2012).這些都說明了抗生素之間存在的共選擇作用(Co-selection).

　　重金屬和抗生素存在復合選擇壓力的現象，環境中的重金屬會促進抗生素抗性的增加.Knapp等(2011)研究了土壤中內在的抗生素抗性基因與重金屬之間的關系，結果發現許多抗生素抗性基因的豐度與Cu含量呈顯著正相關(p≤0.05)，其它重金屬如Cd、Ni、Pb、Fe也與某些抗生素抗性基因呈正相關.Berg等(2005)的結果發現，施用含Cu肥料后，Cu的加入不僅增加了土著微生物的Cu抗性，而且也間接增加了具有Cu抗性微生物的抗生素抗性.

　　從抗生素抗性基因和重金屬抗性基因復合分布的微生物角度來看，主要存在以下4種機制(見圖 2)：①交叉抗性.無論抗生素還是重金屬，任何一方的抗性增加均會導致另一方的抗性增加.如TetL蛋白不僅能夠向外排出四環素(Tet)，而且能夠排出Co2+.②共抗性.當抗生素抗性基因和重金屬抗性基因處在同一段基因上時，那么一種抗性基因的增加就會導致另一種抗性基因的增加.

如*抗性基因(strB)和汞抗性基因(merE)共存于質粒pHCM1，因此任何一個基因的擴增均會伴隨著另外一個基因的同等擴增.③共調節抗性.各種調節系統在轉錄水平上是在一起的，那么重金屬導致的抗性也會通過一種未知途徑增加抗生素的抗性.如mex操縱子和CZC操縱子共同調節*(Imipenem)和Co、Zn、Cd的外排泵機制抗性(Perron et al., 2004).

圖 2 抗生素和重金屬抗性基因復合分布的微生物學機理

抗生素污染主要集中在抗生素集中利用的一些地區，一般環境條件下抗生素含量都比較低，而一般環境中重金屬含量往往是抗生素含量的幾十至幾百倍，所以重金屬對抗生素抗性基因的影響至關重要，另外，環境溫度、微生物群落結構及其它性質也會影響抗性基因的分布.至于哪種因素起到了決定性作用，現在尚無定論，需要進一步的研究.

　　6 抗性基因的削減與控制

　　很多研究表明，傳統污水處理工藝對抗生素抗性基因和抗性菌的削減效果不明顯(佟娟和魏源送，2012)，甚至出現抗生素抗性基因經過生物處理后增加的現象，但也有研究表明，傳統污水處理工藝對抗生素抗性基因具有明顯的削減效果.目前抗生素抗性基因的控制尚未有明確的解決辦法，但已有研究表明，污泥高溫厭氧消化對抗生素抗性基因的控制具有明顯的優勢，這是因為高溫過程能大幅減少質粒的結合，從而減少抗性基因的水平轉移，進而削減抗性基因.那么可將厭氧消化作為畜禽糞便抗生素和重金屬抗性基因削減與控制的一項策略進行深入探究，從“源頭”控制抗性基因.

　　堆肥廣泛應用于有機固體廢棄物的處理，但目前有關堆肥過程中抗性基因分布特征的研究較少，缺乏堆肥工藝參數對抗性基因削減的研究.Zhu等(2013)調查了我國3個豬糞堆肥廠堆肥前后抗生素抗性基因豐度的變化情況，結果發現，抗性基因豐度有的增加，有的減少，有的變化不明顯.Chen等(2007)研究了堆肥處理豬糞和氧化溝、生物濾池養豬廢水，結果發現，堆肥后豬糞中各種*抗性基因均大幅減少，ermA、ermB、ermC、ermF、ermT、ermX分別減少了2.3 logs、5.7 logs、5.0 logs、4.3 logs、7.1 logs、7.3 logs，并且堆肥對各種四環素抗性基因具有相似的削減效果，這可能是由于通風、高溫和固相中基因水平轉移的減少等共同作用導致了堆肥對抗性基因的有效削減.上述結果說明工藝操作參數對抗生素抗性基因的削減至關重要，因此，迫切需要深入探究工藝操作參數的優化對抗生素抗性基因削減的影響.

　　7 結語和展望

　　盡管國內外開展了大量的研究，但已有研究主要針對畜禽糞污、生物處理或土地利用的單一過程進行，缺乏對畜禽糞污—生物處理—土地利用的全過程進行考察，導致人們對全過程的抗生素和重金屬及其抗性基因的賦存與轉歸特征缺乏全面、系統的認識，難以進行全面的風險評價，進而難以提出有效的抗性基因污染削減與控制策略.

例如，在全過程中，抗生素是如何一步步降解?哪一步是抗生素降解的關鍵步驟?全過程中重金屬形態的變化規律?復合污染條件下對抗性基因在全過程中的賦存與轉歸特征有何影響?如何在全過程中有效削減和控制抗生素抗性基因?現階段不僅抗生素和重金屬抗性基因在環境中復合分布特征的研究較少，而且非常缺乏在畜禽糞便生物處理過程中的賦存與轉歸特征、工藝參數對抗性基因削減、復合分布形態的影響等方面的研究.目前人們尚未對畜禽糞便中抗生素和重金屬抗性基因的控制和削減提出明確的策略和出臺相關的規定.針對以上情況，可在以下幾個方面開展研究：

　　1. 深入研究畜禽糞便生物處理及其土地利用全過程中抗生素抗性基因和重金屬抗性基因的分布特征及其影響因素，并對其進行風險評估.

　　2. 深入研究畜禽糞便生物處理及其工藝操作參數對抗生素、重金屬、抗生素和重金屬抗性基因、微生物群落結構的影響，尤其是高溫厭氧消化和堆肥工藝.

　　3. 加強畜禽養殖糞便風險控制與資源化利用的綜合管理研究，從源頭上削減抗生素和重金屬的使用量，進而削減和控制抗性基因污染.

　　4. 從前端(飼料獸藥)、過程(糞污處理)和末端(土地利用)控制入手，研發適于全過程抗生素、重金屬及其抗性基因的協同控制關鍵技術，為控制和削減畜禽養殖糞污中抗生素、重金屬及其抗性基因提供科學依據和技術支撐.