畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中微生物氣溶膠的研究進展

張喜慶，勾長龍，婁玉杰，高云航

（吉林農業(yè)大學動物科學技術學院，吉林長春 130118）

畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中微生物氣溶膠的研究進展

張喜慶，勾長龍，婁玉杰，高云航*

（吉林農業(yè)大學動物科學技術學院，吉林長春 130118）

畜禽舍內產生的微生物氣溶膠不僅對動物以及從業(yè)人員健康產生較大影響，也給疾病防控帶來一定難度。作為養(yǎng)殖場及周邊環(huán)境的一個潛在污染源，對畜禽舍內微生物氣溶膠的研究已經成為熱點之一。本文針對微生物氣溶膠的種類及來源、污染現狀及危害、采集及檢測方法、氣溶膠中耐藥菌及耐藥基因的污染情況等作一綜述，以期為研究畜禽養(yǎng)殖業(yè)微生物氣溶膠提供較全面的理論依據。

微生物氣溶膠；耐藥菌；耐藥基因；污染

畜禽舍內微生物氣溶膠與動物和從業(yè)人員的健康密切相關。氣溶膠中含有大量的病原菌、病毒、真菌等對人體有害的微生物，其可以通過空氣將致病因子傳出舍內并在外界環(huán)境中快速、廣泛地傳播，對人類和其他動物健康造成危害[1]。2013年我國首次爆發(fā)的H7N9禽流感在短短幾個月內，在12省（直轄市）的42個地市發(fā)生了疫情報告，全國共有確診病例136例[2]。2003 年爆發(fā)的非典型肺炎（SARS）在全球廣泛擴散，在爆發(fā)后的3個月內，全球26 個國家、地區(qū)報告發(fā)病3 547例[3]。作為疾病傳播的一個重要源頭，微生物氣溶膠帶來的危害不容忽視。在關注微生物氣溶膠危害的同時，空氣中抗生素耐藥菌和耐藥基因的存在更應該被引起重視，近年來由于在畜牧養(yǎng)殖過程中大量且不正當的使用抗生素，導致養(yǎng)殖場及周邊環(huán)境中大量抗生素耐藥菌以及耐藥基因的出現[4]。尤其是暴露在氣溶膠中的耐藥菌和耐藥基因可能導致氣溶膠對動物及人類健康的潛在危害性增強。

本文針對微生物氣溶膠的種類及來源、污染現狀及危害、采樣及檢測方法、氣溶膠中耐藥菌及耐藥基因的污染情況等作一綜述，以期為更全面地研究畜禽養(yǎng)殖業(yè)微生物氣溶膠、減少病原微生物的危害提供參考。

1 畜禽舍微生物氣溶膠的種類及來源

畜禽舍內微生物氣溶膠是畜禽舍內微生物與空氣中單獨懸浮的粉塵粒子或小液滴結合形成的膠體分散體系[5]。根據氣溶膠中的主要成分不同，可將其分為細菌氣溶膠、真菌氣溶膠、病毒氣溶膠以及內毒素氣溶膠等。其來源較為廣泛，動物本身、糞便、飼料以及動物墊料等都有可能成為氣溶膠的潛在來源。據報道，大約有71%的狗本身就攜帶金黃色葡萄球菌[6]，并可通過咳嗽、打噴嚏等生命活動將病原菌傳遞到空氣中形成氣溶膠。Duan等[7]從豬場糞便中分離的大腸桿菌與從舍內空氣樣本中分離的大腸桿菌相似性達到100%，分析認為空氣中的部分大腸桿菌可能來源于糞便。胡婧等[8]從牛舍空氣中分離的大腸桿菌、沙門氏菌與飼料、墊料中的分離株相似性為90%以上。一些報道稱，疫苗的接種也能夠成為微生物氣溶膠的潛在來源，通過滴鼻、噴霧等免疫方式接種活疫苗時，部分疫苗可擴散到空氣中，進而形成微生物氣溶膠。除此之外，飼養(yǎng)人員的活動、土壤灰塵等也可以成為畜禽養(yǎng)殖舍內微生物氣溶膠的形成來源。

2 畜禽舍微生物氣溶膠的污染現狀及危害

表1 畜禽養(yǎng)殖舍內細菌、真菌、病毒以及內毒素氣溶膠濃度

近年來，微生物氣溶膠的污染已經成為全世界關注的焦點問題之一。國內外相關學者對此也進行了一系列的調查研究，其中以畜禽舍氣溶膠的污染范圍及污染程度的相關研究居多。本文將近年來國內外部分關于細菌、真菌、病毒以及內毒素氣溶膠的報道結果進行了總結（表1）。

從表1中可以發(fā)現，絕大多數報道的微生物氣溶膠污染均發(fā)生在養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達的國家，并且從畜禽種類來看，又以雞舍和豬舍污染頻率最高、污染程度最重；從氣溶膠種類的比較可以看出，細菌和真菌氣溶膠檢出頻率最高，其中細菌氣溶膠污染程度更高。這可能與這些國家養(yǎng)殖基數大、集約化程度高、相對養(yǎng)殖密度增加、微生物含量增加、空氣流通差有關。

畜禽舍內微生物氣溶膠的污染愈發(fā)嚴重，不僅會影響動物的生長性能，而且其中所含有的某些病原微生物還會造成空氣污染，甚至引起人畜共患病。于觀留等[20]通過研究不同飼養(yǎng)環(huán)境下微生物氣溶膠濃度變化對肉鴨生長性能的影響，結果發(fā)現高濃度的微生物氣溶膠會導致肉鴨各項生長指標下降。秦梅等[21]研究發(fā)現，環(huán)境好的養(yǎng)殖條件氣溶膠濃度要低于環(huán)境差的，且可以提高肉雞的生長性能及福利水平。Wing等[22]調查發(fā)現，豬場、牛場周邊居民會經常出現頭痛增加、流涕、腹瀉等癥狀，嚴重影響了周邊居民的生活質量。Sigurdarson等[23]發(fā)現，在養(yǎng)殖場周邊的居民患哮喘病的幾率要高于其他地區(qū)。養(yǎng)殖舍內產生的氣溶膠可通過空氣迅速傳播，給人類和動物帶來不同程度的危害，應引起高度重視。

3 微生物氣溶膠的采集及檢測方法

3.1 采樣方法 根據微生物氣溶膠的特殊存在形式以及其不同的分布粒徑，選擇合適的采集方法對于提高樣品的捕獲效果至關重要。微生物氣溶膠粒子中含有不同種類的致病微生物，其濃度、粒徑分布不同，對人體和動物的危害也不同。目前，在該領域常用的采樣方法如表2所示。安德森采樣器應用最為廣泛，且被國際空氣微生物學會認定為檢測空氣微生物生物粒子的標準采樣器。同時，在選擇采樣及檢測方法時也要充分考慮研究的對象以及研究的目的和內容。

3.2 檢測方法

3.2.1 培養(yǎng)法 培養(yǎng)法是較為傳統的微生物氣溶膠檢測方法，主要用于微生物氣溶膠中微生物的定性檢測與計數。該方法主要是將采集的空氣樣本在特定的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，并應用顯微鏡計數法進行計數統計。目前，該方法依然是國內外研究氣溶膠微生物的主要手段，分析氣載微生物的含量、種類及粒徑分布情況等。Sancheza等[30]利用微生物采樣器采集，以固體培養(yǎng)基為采樣介質采集牛場附近的氣載微生物，對肉牛場中氣載細菌進行培養(yǎng)分析；經培養(yǎng)后共分離出1 295株細菌，并對分離株進行耐藥性分析。Arfken等[31]利用該方法對豬舍中的耐藥菌進行培養(yǎng)并檢測。此研究方法經濟、易操作，但耗時、耗力，且只能用于可培養(yǎng)微生物的檢測，而氣溶膠中可培養(yǎng)的微生物卻不足10%，不能完全反映空氣中微生物的結構特征。因此，該方法在分析氣溶膠中微生物多樣性方面具有一定的局限性。

3.2.2 非培養(yǎng)法 非培養(yǎng)法是以氣溶膠樣本中的微生物基因組為基礎研究對象的方法，其與傳統培養(yǎng)法相比，主要優(yōu)點在于能較全面地反映出畜禽舍內氣溶膠中微生物的多樣性。非培養(yǎng)法主要有熒光顯微鏡計數法、DNA微陣法、Biolog微平板法等不基于PCR檢測的方法；此外，還有實時熒光定量PCR（RT-qPCR）、變性梯度凝膠電泳（DGGE）、脈沖場凝膠電泳（PFGE）、末端限制性片段長度多態(tài)性分析法（T-RFLP）、16S rRNA基因克隆文庫分析法、高通量測序技術等分子生物學檢測方法。

比較而言，高通量測序技術是目前最常用的研究微生物菌群結構多樣性的分析方法。Arfken等[31]、 Kumari[32]利用過濾式采樣的方法采集豬舍內氣溶膠樣本，提取基因組后利用高通量測序技術分析豬舍內其菌群氣溶膠微生物的多樣性，結果發(fā)現變形菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和放線菌門為主要優(yōu)勢菌。李紅梅等[26]使用液體撞擊式采樣器采集豬場中氣溶膠，利用16S rRNA高通量測序技術分析豬舍氣溶膠微生物的多樣性，共鑒定出16個菌門、115個種科、217個種屬，并發(fā)現6種病原微生物。與傳統培養(yǎng)法相比，該技術手段能夠更全面地反映出畜禽舍內氣溶膠中微生物的多樣性，為氣溶膠中微生物的研究提供了更精確的技術支持。

表 2 常用微生物氣溶膠采樣器的原理及特點[24-29]

4 畜禽舍內微生物氣溶膠中抗生素耐藥菌及耐藥基因的研究

抗生素自被發(fā)現以來，由于其具有預防疾病和促生長作用被廣泛地應用在畜禽養(yǎng)殖業(yè)來提高動物的生產性能[32]。但由于抗生素大量且不正當的使用，導致大量的抗生素耐藥菌以及耐藥基因的產生[33]。一些編碼了抗性基因的耐藥菌經動物排泄過程排出體外進入到養(yǎng)殖場空氣環(huán)境中。近年來，抗生素耐藥菌以及耐藥基因對環(huán)境的污染已經引起國內外的廣泛關注。研究者們發(fā)現畜禽舍內氣溶膠中許多菌株呈現多重耐藥的趨勢。張曉丹[33]研究發(fā)現，豬舍氣溶膠中分離的大腸桿菌對四環(huán)素、慶大霉素、環(huán)丙沙星等14種抗生素有不同程度的耐藥，有27.27%的菌株耐11～13種抗生素，表現出嚴重的多重耐藥性。索慧娜[34]對蛋雞舍109株氣載大腸桿菌分離株進行耐藥性分析，結果發(fā)現部分分離株對β-內酰胺類、氟喹諾酮類、氨基糖苷類、四環(huán)素和多西環(huán)素類抗生素均有表現耐藥性。Brooks等[35]發(fā)現，家禽舍內分離得到的葡萄球菌有不同程度的耐藥性，有39%的葡萄球菌分離株對4種抗生素產生耐藥性，大約有80%的分離菌株至少有一種抗生素產生抗性。耐藥菌的出現對人類和動物健康以及環(huán)境造成了較大威脅，且對疾病的防控與治療帶來了極大的挑戰(zhàn)。

由于抗生素耐藥菌長期存在于氣溶膠中，導致許多耐藥基因（內源性和外源性）也出現在氣溶膠中，且污染情況較為嚴重。柳敦江[36]從6個雞場分離的149株金黃色葡萄菌中檢測到mec A、Tet A、erm C、aac （6'）-aph（2''）4種抗性基因耐藥基因。且攜帶抗性基因耐藥基因的金黃色葡萄球菌能從糞便中傳播到空氣中，或由舍內傳播到舍外。Hong等[37]發(fā)現，6種四環(huán)素類抗性基因耐藥基因（Tet B、Tet H、Tet Z、Tet O、Tet Q、Tet W）在家禽、豬舍以及工作的環(huán)境氣溶膠樣本中均有定量檢測到，且有著較高的豐度（9.55×102copies ng-1DNA到1.69×106copies ng-1DNA）。Kumari等[32]在豬舍氣溶膠中檢測到6種四環(huán)素類耐藥基因（Tet B、Tet H、Tet Z、Tet O、Tet Q、Tet W）。

目前，國外對畜禽舍微生物氣溶膠中抗性基因耐藥基因的研究較為全面，研究方法以非培養(yǎng)方式的分子生物學方法為主，而我國主要是基于培養(yǎng)方式的研究，對更全面地掌握耐藥基因的污染情況存在著一定的局限性。因此，更加準確、全面地分析畜禽舍內氣溶膠中抗性基因耐藥基因的污染情況是一個主要研究方向。

5 研究展望

隨著養(yǎng)殖模式的改變，畜禽舍內氣溶膠濃度增大，且其中含有豐富的抗生素耐藥菌及抗性基因耐藥基因，對養(yǎng)殖場周邊的環(huán)境造成較大污染。這一問題將是養(yǎng)殖業(yè)面臨的一個較為嚴峻的問題，鑒于這一原因，未來關于畜禽養(yǎng)殖場內的微生物氣溶膠的研究應主要關注以下幾個方面：①微生物氣溶膠中病原微生物的研究。定時監(jiān)測畜禽舍內微生物氣溶膠的濃度，建立氣溶膠中指示性病原菌的采集和分析方法，確定其濃度與動物和從業(yè)人員健康的關系，進而建立一套完整的病原菌氣溶膠危害評價體系。②關于減少舍內微生物氣溶膠濃度的方法研究。舍內微生物氣溶膠濃度得到控制，有助于動物疾病的防控工作，應將主要的研究目標放在控制住微生物氣溶膠產生的源頭以及研究疫情的爆發(fā)與氣溶膠中的致病因子有何關系。同時還應該對其凈化方法以及防護措施進一步探索研究。

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Research Progress on Microorganism Aerosol of Livestock Breeding Environment

ZHANG Xi-qing, GOU Chang-long, LOU Yu-jie, GAO Yun-hang*
(College of Animal Science and Technology, Jilin Agricultural University, Jilin Changchun 130118, China)

The microorganism aerosol not only poses the health risks to the animals and workers, but also brings certain difficulty to disease control and prevention. As a potential pollution source of the livestock farming and its surrounding environment, the microorganism aerosol has been a hot research issue in recent years. Therefore, this paper is a brief review on the classification and source, pollution status and the hazard, sampling and testing methods of the airborne microbes, and the contamination of the antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs). The aim of this review is to provide a comprehensive theoretical basis to the microorganism aerosol research.

Microorganism Aerosol; ARB; ARGs; Pollution

S813.23

A

10.19556/j.0258-7033.2017-06-020

2016-12-13；

2017-01-16

國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項（CARS-38）；2013年公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項（201303091）；吉林省科技發(fā)展計劃項目（20170101073JC）;國家重點研發(fā)計劃專項（2016YFD0501400）

張喜慶，男，吉林人，碩士，主要從事養(yǎng)殖場環(huán)境控制方向，E-mail：zhangxiqing1020@163.com

* 通訊作者：高云航，E-mail：gaoyunhang@163.com