紫外氯胺组合消毒供水系统中病毒微生物的分布特征

为研究紫外氯胺组合消毒对供水系统中病毒微生物的影响特性,以生产规模紫外氯胺组合消毒供水系统为研究对象,应用宏基因组技术对供水系统中病毒微生物的迁移变化、群落结构和病毒宿主进行了分析.结果表明,紫外氯胺组合消毒工艺能降低病毒物种数（6.13%）和基因丰度（51.97%）,但不能完全去除水中病毒微生物.对比美国环保署（USEPA）以培养法检测的水处理病毒去除率可达99%~99.99%,本研究利用宏基因组技术测得的总病毒去除率只有93.46%,以培养法检测水中病毒存在局限性.Caudovirales（有尾噬菌体目）是整个供水系统中最丰富病毒,对氯胺消毒都具有一定敏感性.Lentivirus（慢病毒属）作为能够感染人和脊椎动物的病毒,对紫外照射和氯胺消毒都具有强抵抗力.该供水系统中最大的病毒宿主是细菌（61.50%）.原水中病毒主要寄生在Synechococcus（聚球藻属）中;出厂水以及管网水中,优势病毒宿主均为Pseudomonas（假单胞菌属）;进入管网后,Pseudomonas aeruginosa（铜绿假单胞菌）宿主病毒基因丰度升高342.62%,应加强关注管网系统病毒微生物风险.紫外氯胺组合消毒工艺比单紫外消毒更有利于病毒宿主的去除（51.97%与0.79%）.     

紫外线消毒对再生水中微生物生长分泌特性的影响

膜污堵是阻碍污水再生处理反渗透（RO）系统稳定、高效运行的突出问题。前期研究表明,RO系统常用的氯消毒预处理会导致微生物群落结构及代谢产物分泌特性发生显著改变,从而引起严重的生物污堵。为优化污水再生处理RO系统的预处理工艺选择,该研究全面考察了紫外线消毒对再生水中细菌的生长、群落结构和分泌特性的影响。结果表明:紫外线剂量为20,40,80 mJ/cm2时,对膜生物反应器出水中细菌的灭活率分别可达1log、3log、4log。紫外消毒后,存活细菌再培养时其生长迟滞期变长,稳定期细菌数量在紫外线剂量为40,80 mJ/cm2时分别比对照组降低18.6%和19.2%。高紫外线剂量下（40,80 mJ/cm2）,变形菌门、β-变形菌纲、詹森菌属相对丰度有所增加。分泌特性方面,细菌胞外多聚物含量随紫外线剂量升高先减少后增多,且其中大分子物质增多,并表现出更强的RO膜污堵潜势。     

磺胺甲唑对海水养殖废水处理过程中抗性细菌及抗性基因的富集作用

抗生素在海水养殖过程中大量使用,但仅有少部分被生物体利用,含有抗生素的废水进入水处理系统后,抗生素、抗性菌和抗性基因的响应过程尚不完全清楚.应用缺氧/好氧移动床生物膜反应器（A/O-MBBR）处理含磺胺甲唑（SMX）的海水养殖废水,探究在SMX选择压力下,反应器内抗生素和抗性基因丰度的变化规律,以及微生物群落和可培养的抗性细菌种群的响应.结果表明,在进水SMX浓度为500 μg·L^-1,水力停留时间为8 h,SMX加入初期会对NH₄⁺-N和NO₂^--N的去除率有轻微影响,随后逐步恢复;同时去除约32%的SMX,且78%以上SMX在缺氧区完成;抗性基因在缺氧区富集明显高于好氧区,在缺氧区磺胺类抗性基因（sul1）绝对丰度上升2.43 log,磺胺类抗性基因（sul2）上升1.71 log;而在好氧区,sul1 绝对丰度上升1.17 log,sul2 上升0.91 log.抗性平板培养结合高通量测序表明,假交替单胞菌属（Pseudoalteromonas）在反应器可培养抗性细菌中占最优势.高通量测序分析发现可培养的抗性细菌假单胞菌属（Pseudomonas）在反应器内占比最高.表明含SMX的海水养殖废水可促进水中抗性基因的富集,部分抗性细菌的数量显著增加.     

氯消毒对产ESBLs菌β-内酰胺酶类抗性基因接合转移的抑制作用

以产超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）的大肠杆菌T413和NK5449分别作为供体菌和受体菌进行接合试验,研究氯消毒处理供体菌对β-内酰胺酶类抗性基因接合转移的抑制作用.结果表明,供体菌质粒上的bla_CTX-M和bla_TEM基因可接合转移至受体菌,接合转移频率为6.57×10^-2.当氯消毒接触时间为30min,有效氯浓度在0.25~1.5mg/L时,接合转移频率未出现数量级的降低,而有效氯浓度为2mg/L时,接合转移频率则骤降至2.02×10^-5.在CT值为60（mg·min）/L的各种组合中,4mg/L×15min对接合转移的抑制效果最佳.氯消毒后的供体菌数量与接合转移频率呈正相关.经高剂量氯消毒后的供体菌具有较高的再生长率,但接合转移频率却很低.高剂量氯消毒会损伤供体菌菌体结构和功能,使胞外分泌物减少,阻碍质粒传递.     

氯/氯胺和紫外顺序消毒对管网抗性基因的去除

为探究供水系统中氯/氯胺与低压紫外顺序消毒对抗生素抗性基因(ARGs)分布特征的影响,采用生物膜反应器模拟供水管网,对管网出水和生物膜进行60mJ/cm²低压紫外线(254nm)消毒,并利用高通量定量PCR技术检测模拟管网进、出水及生物膜内的典型ARGs和遗传原件(MGEs).结果表明,管网反应器运行150d,氯和氯胺管网出水ARGs总相对丰度分别为0.13和0.137,生物膜ARGs分别为2.45和0.277,表明供水管网中低剂量的氯或氯胺可有效降低水相和生物膜相中ARGs的相对丰度达90%,且氯胺消毒对生物膜中的ARGs控制作用更显著.氯和氯胺消毒后管网出水再经低压紫外线照射后,ARGs相对丰度分别为0.0682和0.0537,管网生物膜中ARGs的相对丰度分别为2.01和0.194.ARGs与MGEs间的相关性发生显著变化,转座子与strB和mepA的相关性增强,与ermX和tetM相关性减弱,而整合子与acrF、cmlA1-01、oprJ及tolC-01的相关性增强.研究表明,将紫外线消毒工艺设置在用水终端可以显著降低氯和氯胺管网水中ARGs丰度,但对管网生物膜中的ARGs影响较小.     

富炭硅肥对水稻土铁还原菌群落特征的影响

为了探究富炭硅肥施加处理对稻田土壤铁还原菌相对丰度、多样性及群落结构的影响,以福州平原稻田为研究对象,分别设置对照组及3种不同剂量（300,600和900kg/hm²）富炭硅肥施加处理组.研究结果表明：施加富炭硅肥有助于土壤铁还原菌的生长和繁殖,其中600kg/hm²施加处理对铁还原菌的生长影响最为显著（P<0.05）.由Shannon指数可知,3种施加处理均使晚稻拔节期土壤铁还原菌多样性有所下降,以300kg/hm²施加处理组多样性指数降低最为明显,较对照组降低了29.4%.在早、晚稻拔节期土壤中共鉴定出5个菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）的占比之和平均高达95%以上,是稻田土壤中的优势菌门.施加富炭硅肥后,早稻拔节期土壤中拟杆菌属（Bacteroides）的相对丰度显著提高（P<0.05）,而厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）的相对丰度则有所降低.此外,环境因子与稻田土壤铁还原菌的相对丰度具有相关性,Desulfovibrio的相对丰度与土壤pH值呈显著正相关（P<0.05）,Anaeromyxobacter的相对丰度与土壤温度（ST）呈显著正相关（P<0.05）.     

陕北石油污染土壤微生物种群变化及影响因素

采集陕北地区10个产油区县的石油污染土壤和洁净土壤,利用化学分析法和分子生物学技术对土壤理化性质和细菌群落结构进行测定,采用Pearson相关性分析和冗余分析研究石油污染对土壤理化性质、微生物种群分布和多样性的影响.结果表明,与未受污染土壤相比,石油污染土壤的NO₃^--N、总有机碳、全碳、全硫含量和碳氮比增加,pH值减小;土壤细菌群落均匀度明显降低,丰富度无明显变化.不同地区土壤受到石油污染后,一些优势细菌的相对丰度变化明显.变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对丰度变化与石油烃含量呈显著正相关,Candidatus Saccharibacteria的相对丰度变化与石油烃含量呈极显著负相关.定边、靖边、子长、绥德、吴起、安塞和富县石油污染土壤中假单胞菌属（Pseudomonas）、诺卡氏菌属（Nocardioides）、节杆菌属（Arthrobacter）、不动杆菌属（Acinetobacter）、Alkanindiges、Gaiella和Gp4相对丰度显著增加;定边、靖边、子长和绥德石油污染土壤中Ohtaekwangia、假诺卡氏菌属（Pseudonocardia）、Ramlibacter、Sacchariacteria_genera_incertae_sedis相对丰度显著降低.假单胞菌属（Pseudomonas）、诺卡氏菌属（Nocardioides）、节杆菌属（Arthrobacter）和Alkanindiges为陕北地区石油污染土壤中的主要“嗜油菌”.土壤pH值、含水率、总石油烃和总有机碳等理化性质是影响陕北油田区石油污染土壤微生物种群结构的关键因素.     

3种常规消毒方法对磺胺类抗性基因削减效果的比较

近年来,抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)对人类和环境的潜在风险引起了广泛关注.本研究从1家城市污水处理厂二级出水中分离出两株磺胺类抗性细菌,控制浓度投加到灭菌后的出水中,分别进行氯消毒、紫外消毒、臭氧消毒处理,采用菌落计数法、q PCR法对消毒后目标细菌及磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)进行分析比较.同时采用"消毒+DNase I酶"实验研究磺胺类抗性基因在各消毒过程中的行为特征.结果表明,3种消毒均有效削减细菌浓度,但对抗性基因削减程度不高.结合"消毒+DNase I酶"实验分析,氯消毒削减磺胺类抗性基因与微生物量的降低有关;紫外消毒能直接破坏抗性基因;而臭氧消毒在大量削减细菌量的同时,抗性基因进入到胞外环境中,其潜在环境风险不容忽视.     

玉米芯生物炭对污泥蚯蚓粪中微生物种群及ARGs的影响

较多的抗生素抗性基因（ARGs）积蓄于剩余污泥中降低了污泥蚯蚓粪的农用价值.为削减污泥蚯蚓粪中的ARGs,向污泥中分别添加1.25%和5%（质量比）的玉米芯生物炭（简称玉米芯炭）,以无添加为对照组,揭示玉米芯炭对污泥蚯蚓堆肥过程中微生物种群结构及ARGs的影响.结果表明：添加高含量玉米芯炭显著促进污泥有机质的矿化,提升蚯蚓堆肥产物的电导率和pH值（P<0.05）.同时,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度,且其丰度均与玉米芯炭添加量呈显著正相关性（P<0.05）.与对照组相比,高含量玉米芯炭污泥蚯蚓粪中变形菌门、拟杆菌门、放线菌门与浮霉菌门的相对丰度分别降低了11.8%、7.1%、33.3%和20%,但厚壁菌门的丰度显著增加了40%（P<0.05）.此外,添加玉米芯炭蚯蚓粪中大环内酯类抗性基因（ermF）和四环素类抗性基因（tetX）的绝对丰度较对照组分别显著降低了32%~45%和13%~31%（P<0.05）,但同时整合子基因（intI1）和磺胺类抗性基因（sul2）的丰度分别显著增加了47%~135%和9%~42%（P<0.05）.研究结果显示,添加玉米芯炭能增加污泥蚯蚓粪中微生物数量和种群多样性,加速有机质矿化,但对ARGs的削减具有选择性.     

3种典型消毒副产物对细菌抗生素抗性的影响

本文研究了消毒副产物对细菌抗生素抗性的作用.分别选取三卤甲烷类(THMs)、卤乙酸类(HAAs)以及醛类消毒副产物中典型物质一氯二溴甲烷(CDBM)、碘乙酸(IAA)和水合三氯乙醛(CH),研究了细菌经消毒副产物染毒之后,对多种抗生素的抗性变化情况.结果发现,3种消毒副产物均可以诱导野生型铜绿假单胞菌提高对5种受试抗生素的抗性,提高作用IAACHCDBM.IAA对多重抗性也具有一定的提高作用.野生型大肠杆菌的抗生素抗性同样能够被DBPs诱导提高,说明DBPs对抗性的影响具有普遍性.其作用机制可能是DBPs通过氧化胁迫机制诱导细菌发生突变,进而提高细菌抗生素抗性.本研究表明饮用水系统中部分细菌抗生素抗性的获得可能与消毒副产物有关;除毒理学风险外,消毒副产物的流行病学风险同样不容忽视.     

Coastal mudflats as reservoirs of extracellular antibiotic resistance genes: Studies in Eastern China

Despite coastal mudflats serving as essential ecological zones interconnecting terrestrial/freshwater and marine systems, little is known about the profiles of antibiotic resistance genes (ARGs) in this area. In this study, characteristics of typical ARGs, involving both intracellular (iARGs) and extracellular ARGs (eARGs) at different physical states, were explored in over 1000 km of coastal mudflats in Eastern China. Results indicated the presence of iARGs and eARGs at states of both freely present or attached by particles. The abundance of eARGs was significantly higher than that of iARGs (87.3% vs 12.7%), and their dominance was more significant than those in other habitats (52.7%-76.3%). ARG abundance, especially for eARGs, showed an increasing trend (p < 0.05) from southern (Nantong) to northern (Lianyungang) coastal mudflats. Higher salinity facilitated the transformation from iARGs to eARGs, and smaller soil particle size was conducive to the persistence of eARGs in northern coastal mudflats. This study addresses the neglected function of coastal mudflats as eARGs reservoirs.     

基于活体微生物揭示蚯蚓对污泥耐药基因转归的影响

为削减污泥蚯蚓堆肥产物中耐药基因(ARGs),以无蚯蚓组为对照,采用叠氮溴化丙锭对蚯蚓堆肥样品进行预处理,探究蚯蚓对污泥中活微生物种群及其ARGs的影响.结果显示,与对照组相比,蚯蚓堆肥产物中有机物矿化度与降解量分别显著提升82.5%与5.2%(P<0.05).并且接种蚯蚓使其产物中放线菌门的丰度显著增加了65.6%(P<0.05),而厚壁菌门和拟杆菌门的丰度分别显著降低了74.7%和34.6%(P<0.05).相较于对照组,蚯蚓堆肥致使sul1、sul2、ermF和tetM基因丰度分别显著减少了66.5%、82.8%、72.8%和77.6%(P<0.05),但ermB的丰度显著增加了5.7倍(P<0.05).蚯蚓堆肥产物中intI1基因丰度比对照组显著降低了67.2%(P<0.05),蚯蚓处理后ARGs总绝对丰度为4.19×10¹³copies/g,ARGs总去除率为82.6%,比对照组高45.4%.研究表明,蚯蚓可通过改变活细菌种群结构,减少ARGs潜在活体宿主的丰度,进而降低其传播扩散的潜在风险.     

铜对蚯蚓转化牛粪过程抗生素抗性基因的影响

以赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）为试验蚓种,设定不同Cu浓度梯度,研究蚯蚓转化牛粪过程中Cu对ARGs消长的影响.结果表明,不同Cu浓度处理下,ARGs累积总丰度呈现出CF （未添加Cu）-1降低至4.33×10^-1copies/16S copies.低、中浓度Cu的添加显著提高了样品中ARGs的总丰度水平（P<0.05）.通过研究不同类型ARGs在不同时间阶段的变化,发现低、高浓度Cu处理组（T1、T3）在蚯蚓转化过程中提高了tet-ARGs、erm-ARGs和str-ARGs的丰度,而中浓度Cu处理组（T2）中tet-ARGs和str-ARGs丰度降低.冗余分析（RDA）得出pH值显著影响蚯蚓转化过程中ARGs相对丰度的变化（P<0.05）,且TOC、TN和Cu对ARGs的消长也发挥着重要作用.蚯蚓转化可加速牛粪中ARGs丰度的削减,一定程度上能够减少其环境风险,但牛粪中Cu的残留可导致蚯蚓转化过程中部分ARGs的富集,因此亟需进一步优化蚯蚓转化处理工艺.     

再生水紫外线-氯联合消毒工艺特性研究

以二级出水作为消毒对象,比较了紫外线-氯联合消毒与单一紫外线消毒对水中肠道指示菌的灭活效果,考察了联合消毒工艺副产物(三卤甲烷)生成情况.结果表明,单一紫外线消毒对肠道指示菌的灭活曲线在剂量大于10mJ/cm2时存在拖尾现象,剂量为80mJ/cm2时对总大肠菌群最高对数灭活率约为2.5;而在紫外线剂量20mJ/cm2、氯投加量8mg/L(接触时间30min)条件下,紫外线-氯联合消毒对总大肠菌群的对数灭活率达到7.0.20mJ/cm2紫外线与8mg/L氯消毒组合及80mJ/cm2紫外线与3mg/L氯消毒组合均可有效灭活总大肠菌群浓度至3CFU/L以下.经紫外线照射后再氯消毒,二级出水中三卤甲烷生成量仅为10~55mg/L.80mJ/cm2紫外线照射再氯消毒后三卤甲烷生成量略高于20mJ/cm2紫外线照射再氯消毒的情形.紫外线消毒后投加氯消毒,可有效提高再生水消毒效果,控制消毒副产物生成量.     

不同阴离子钠盐对土壤Cd形态与微生物群落的影响

为了探明污染土壤在盐碱胁迫条件下镉（Cd）有效性与微生物群落的响应,采集污灌区Cd污染农田土壤,模拟北方土壤典型盐碱胁迫情景,设置不同阴离子钠盐配置处理,利用微生境培养实验,采用高通量测序技术,结合对土壤性质、土壤Cd形态等的测定.结果表明：施用钠盐可显著提高钠吸附比（SAR）、碱化度（ESP）,降低有机碳（SOC）含量、阳离子交换量（CEC）;促进土壤中小粒径团聚体（<0.002mm）的形成,增加了Cd在小颗粒团聚体的质量负载;与对照相比,两种土壤中T1处理（主要阴离子为SO₄^2-、Cl^-）均显著（P<0.05）增加交换态Cd含量（27.06%和11.00%）.钠盐的添加降低了土壤中细菌的丰度和多样性,其中T1处理的微生物群落均匀度最低;盐碱胁迫处理改变了土壤细菌的关键类群,如增加了耐盐碱腈基降解菌科、葡萄球菌科、假单胞菌科和耐重金属芽孢杆菌科的菌群丰度,不同处理菌群结构差异与土壤阴离子组成有关,如相比而言,T1处理可增加变形菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门的丰度.冗余分析结果表明土壤pH值、交换态Cd含量、SAR和ESP是影响细菌群落组成变化的关键环境因子,拟杆菌门、芽单胞菌门和变形菌门的丰度与pH值呈正相关,而酸杆菌门、绿弯菌门的丰度与交换态Cd含量、SAR呈现显著正相关.可见,盐碱胁迫增加了土壤Cd的有效性,显著改变了土壤微生物群落结构.     

UV、O3及UV/O3削减耐药菌和抗性基因性能

从某污水处理厂二级出水分离出粪肠球菌、短芽孢杆菌、假单胞杆菌和大肠杆菌4种耐药菌,通过菌落计数法、qPCR评价UV、O₃及UV/O₃对耐药菌和抗性基因的削减效果.研究表明,3种方式对耐药菌均有较好的削减效果,其中革兰氏阳性菌灭活效果比阴性菌差;对抗性基因的削减受消毒方式和抗性基因的种类影响较大,结果表明短芽孢杆菌在耐药菌和抗性基因削减过程中表现出较强的抗逆性.结合复活实验和扫描电镜发现,UV消毒72h后耐药菌的光复活率为6.93%~11.58%;O₃因破坏了细胞结构未出现光复活现象,这一过程中胞内抗性基因可能释放到环境中;UV/O₃对耐药菌造成的损伤同样具有不可逆性.     

蚯蚓摄食污泥对其肠道功能区微生物种群及耐药基因的影响

以赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)为实验蚓种, 研究蚯蚓消化污泥前后, 其肠道各功能区微生物种群结构及耐药基因(ARGs)丰度的变化情况.为表征活体功能性微生物, 所取新鲜样品均采用叠氮溴化丙锭(PMA)预处理后, 再进行DNA相关分析.结果表明: 蚯蚓消化污泥5d后, 细菌16S rDNA和真核生物18S rDNA的丰度在其胃中分别显著增加了28.2倍和42.2倍(P<0.05), 而在砂囊和后肠中均显著性降低(P<0.05).此外, 蚯蚓消化污泥使其砂囊中的优势菌门由变形菌门变为软壁菌门, 胃中的优势菌门由拟杆菌门变为厚壁菌门, 而对后肠微生物种群结构的影响较小.对于ARGs而言, 大环内酯类耐药基因ermF、四环素类耐药基因tetX和磺胺类耐药基因sul2在蚯蚓胃中的丰度分别显著升高了1.9×10²倍、8.4×10⁵倍和25.9倍(P<0.05), 而在其砂囊和后肠中ARGs总丰度分别显著下降了11.0倍和45.2倍(P<0.05).基于网络分析结果显示, 蚯蚓摄食污泥可影响其肠道内ARGs宿主细菌的结构多样性.