渔业复垦塌陷地抗生素抗性基因与微生物群落

水产养殖行业抗生素的广泛使用引起了抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）污染问题.为探究渔业复垦塌陷地ARGs污染特征,利用宏基因组学技术检测分析了渔业复垦塌陷地ARGs的相对丰度和微生物群落结构.研究区域共检测出29种ARGs,bacA在所有样品中相对丰度最高,达1.96×10^-5~1.19×10^-4.沉积物中磺胺类和四环素类ARGs相对丰度较高,井水中多药类ARGs相对丰度较高.微生物群落结构表明变形菌门（Proteobacteria）在所有样品中为最优势细菌门,沉积物中绿弯菌门（Chloroflexi）和广古菌门（Euryarchaeota）较为优势.属水平上,硫杆菌属（Thiobacillus）为沉积物中最优势细菌属,不动杆菌属（Acinetobacter）和假单胞菌属（Pseudomonas）为井水中优势细菌属.ARGs与微生物相关性分析表明,菌属与ARGs间主要呈中度相关,多种菌属与ARGs显著正相关,ARGs的分布受微生物群落结构的重要影响.渔业复垦塌陷地沉积物与井水均受到ARGs污染,应加强相应控制措施保护区域环境.     

印染废水循环利用抗生素抗性基因丰度变化特性

城市污水处理系统中抗生素抗性基因（ARGs）分布研究较多,但是工业废水循环利用时ARGs丰度变化特性研究尚存不足.为此,本研究构建了印染废水循环利用系统,采用16S rDNA技术分析印染废水循环利用过程中微生物群落的变化特性,采用高通量测序技术表征ARGs丰度变化趋势.循环初期,活性污泥中共检出9大类52种ARGs,其中β-内酰胺类（β-lactam）抗性基因的相对丰度最高.循环过程中,芳烃类污染物浓度随循环次数的增加而升高,β-内酰胺类抗性基因丰度则先升高后降低再升高（第100 d,上升61.85%）.与此同时,与ARGs相关的Firmicutes、Actinobacteria和Cyanobacteria的丰度显著下降（降幅分别为84.66%、64.38%和85.15%）.超过21种ARGs受到芳烃类污染物富集的显著影响,其中,6种ARGs与芳烃类污染物的浓度变化极显著正相关,6种极显著负相关.这些结果表明,ARGs的丰度变化受微生物群落和芳烃类污染物的影响,在印染废水循环利用过程中呈现先上升后下降再上升的变化趋势.本研究揭示了印染废水循环利用过程中芳烃类污染物的富集与微生物群落的变化对ARGs的影响,对印染工业废水循环利用降低抗生素抗性基因对环境的污染提供了理论指导.     

17α-乙炔雌二醇胁迫下零价铁对硝化污泥中抗性基因的影响

采用硝化污泥序批式反应器去除17α-乙炔雌二醇(EE2),基于宏基因组测序技术考察了零价铁(ZVI)对硝化污泥去除17α-乙炔雌二醇(EE2)过程中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,结合菌群结构分析了其潜在影响机制.结果表明,硝化污泥处理EE2过程中ARGs丰度提高了724.42TPM(每百万转录本中来自于某基因的转录本数目),但ZVI削减了此过程中的ARGs丰度增长趋势,EE2及ZVI改变了ARGs亚型的分布,但对ARGs类型及亚型种类无明显影响.EE2使得硝化污泥中属于高风险等级(Q1及Q2)的ARGs丰度增加了555.75TPM及151.08TPM,ZVI降低了硝化污泥中的抗性风险.多重耐药是硝化污泥中丰度占比最大的高风险(Q1和Q2等级)ARGs类型,占比高达49.23%.微生物群落是硝化污泥中ARGs的重要驱动因子,鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)等菌属与多种ARGs显著正相关,可能是多种ARGs的共同潜在宿主.     

大型溞对水环境中抗生素抗性菌与抗性基因的摄食与去除

原后生动物是污水生物处理系统中的常见生物,了解它们是否能够摄食与去除抗生素抗性菌（ARB）和抗生素抗性基因（ARGs）,对于建立藉捕食作用的ARB和ARGs去除技术具有重要意义.本研究以大型溞作为代表生物,探究了其对ARB和ARGs的摄食、去除效果与机制.使用荧光抗性菌直接观察其摄食过程,证实大型溞对ARB的摄食与富集.分析了溶液中和肠道中的ARB数目及drfA基因丰度变化,发现大型溞对ARB的摄食过程符合一级动力学;不同ARB浓度会影响大型溞的摄食及去除效果,在高ARB浓度下具有较高的过滤速率和滤食速率;大型溞的摄食减少了试验体系中的drfA基因丰度,检测到大型溞肠道内的DNA酶,其可能是导致其丰度减少的原因.     

磁混凝对市政污水中抗生素抗性基因和重金属抗性基因的削减效能

污水中抗性基因给环境和人类健康带来潜在的危害.本研究通过调查市政排口污水磁混凝处理过程中抗性基因绝对含量和相对丰度变化,考察磁分离技术对市政污水中抗性基因的削减效果.结果表明,加入磁种和絮凝剂的一级搅拌和二级搅拌对抗生素抗性基因(ARGs)、重金属抗性基因(MRGs)和可移动遗传元件均有较好地去除效果,但出水中部分抗性基因的绝对含量增加,这可能是由于出水中依然具有较高含量的水平转移元件(int1,2. 00×10~(10) copies·mL~(-1); int2,1. 91×10~8 copies·mL~(-1); Tn916/1545e,5. 38×10~8 copies·mL~(-1)).网络分析和主成分分析结果表明,磁混凝处理过程中ARGs与MRGs呈显著正相关(P 0. 05),城市污水中常规污染物如悬浮物、磷和COD等是影响抗性基因去除效率的重要因子.这些结果表明,磁混凝可通过有效削减污水中常规污染物进而制约抗性基因的传播和转移;但需要关注磁混凝的出水及脱水污泥的后续管理,如出水前增设消毒环节,以降低抗性基因污染风险.     

微塑料及金属在黄浦江地表水环境的赋存特征及与金属抗性基因的相关性分析

城市河流是微塑料(MPs)及重金属污染的“热点”区域,在污染迁移中起到重要作用.然而同样作为抗性基因赋存及释放的重要媒介,鲜有研究考察了流域MPs、金属与金属抗性基因(MRGs)的关联.为此,调研了10个黄浦江站点水样的金属及MPs的污染特征,并基于宏基因组学对水样及提取的MPs上的MRGs及可移动遗传元件(MGEs)进行分析.结果显示,表层水中ρ[锑(Sb)]平均值最高,为(3.16±0.419)μg·L^-1. MPs的丰度平均值为(1.78±0.84)n·L^-1,位于工业区和人口密集区的MPs丰度显著高于农业区和低人口密度的区域.纤维状、“小粒径”(<0.5 mm)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是最主要的MPs类型.所有样本中共检出18类MRGs,其中水样中MRGs的相对丰度为1.68±0.21.最主要的MRGs亚型是merR和ruvB,分别为汞和多重金属抗性基因的亚型.相关性分析表明,水中的铬和镍与MRG-Cr、MRG-Ni和多重金属抗性基因之间存在显著正相关.MPs上MRGs的相对丰度为1.63±0.53,最主要的MRGs亚型...     

废水排放对近海环境中抗生素抗性基因和微生物群落的影响

污水处理厂是水环境中抗生素抗性基因（ARGs）的重要来源.可移动遗传元件（MGEs）和微生物群落是影响ARGs增殖扩散的关键因素.为探究污水处理厂废水排放对近海环境中ARGs和微生物群落的影响,采用高通量荧光定量PCR （HT-qPCR）和高通量16S rRNA扩增子测序技术,对杭州湾上虞（SY）和嘉兴（JX）两个近岸纳污区（ERAs）及远岸湾区表层沉积物中ARGs、MGEs和微生物群落的组成和分布进行调查.结果表明,多重耐药类ARGs是所有样点中丰度最高的ARGs类型.纳污区沉积物中ARGs和MGEs多样性和丰度远远高于远岸湾区沉积物.JX纳污区沉积物中微生物群落丰富度和多样性高于SY纳污区及远岸湾区沉积物.PCoA结果显示,纳污区与远岸湾区沉积物中ARGs、MGEs和微生物群落分布存在显著的差异,说明长期的废水排放对近海环境中ARGs、MGEs和微生物群落影响较大.ARGs、MGEs和细菌属的共现网络显示,嗜冷杆菌属、假单胞菌属、亚硫酸杆菌属、假交替单胞菌属和芽孢杆菌属等12种菌属与ARGs和MGEs存在显著正相关.多重耐药类和β-内酰胺类ARGs的潜在宿主最多.     

污水河道污泥中大肠杆菌抗生素抗性与金属耐受性的耦合分析

城市污水河道受人为活动的影响,可能作为抗性细菌与抗性基因的储库,给人类生产生活带来巨大的威胁.本研究以中国寒区城市污水河道污泥为取样点,研究大肠杆菌（Escherichia coli）的抗生素与金属的耐药现状,以评估中国寒区城市水环境受抗性细菌污染的情况与传播抗性的风险.利用选择性培养基从河道淤泥中分离出455株肠杆菌,并从中筛选出110株E. coli.抗生素表型结果显示：69.1%的E. coli分离株对至少1种抗生素具有抗性,其中,抗性最高的是氧四环素（42.7%）;所有的E. coli对亚胺培南和呋喃妥因没有抗性;分离株E. coli DL27对检测的17种抗生素中的13种具有抗性,分离株E. coli DL18、分离株E. coli DL46对12种抗生素具有抗性.金属抗性表型检测结果显示：40.9%的E. coli对银（Ag）具有耐受性,3.6%的分离株对汞（Hg）、锌（Zn）具有耐受性,所有菌株对铜（Cu）无耐受性;且发现分离株E. coli DL35对9种抗生素和2种金属具有抗性.对E. coli群体15种抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）、4种金属耐受性基因（Metal Resistance Genes,MRGs）、1种整合酶基因的检测结果显示,ARGs中tetA（56.4%）、blaTEM（26.4%）、sul2（24.5%）、sul1（22.7%）基因的检出率最高,MRGs的检出率分别为20.0%（silB）、13.6%（silE）、8.2%（merC）、16.4%（pcoE）,整合酶基因intI1的检出率为2.7%.研究表明,在河道污泥中不仅存在多重抗生素抗性E. coli,而且存在同时具有抗生素抗性和金属耐受性的E. coli.河道污泥是抗性细菌和抗性基因的储库,对人类生产生活构成了潜在的巨大威胁.     

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.     

不同预处理方式对剩余污泥中活菌菌群及ARGs的影响

剩余污泥作为抗生素抗性基因（ARGs）的储库,对其进行预处理有助于后续厌氧消化（AD）,同时控制ARGs进入AD后的传播风险.本文采用叠氮碘化丙锭（PMA）处理手段,来研究不同预处理方式对活菌菌群及携带ARGs的影响.研究结果显示,热碱、热水解和微波预处理对污泥ARGs去除效果较优,分别为3.32log、3.13log和2.95log;超声波预处理对活菌ARGs仅去除0.58log.在热水解预处理时间延长过程中,菌群大量死亡出现在1~2h间,4h后去除率达2.42log.变形菌门是污泥中最主要的优势菌门,厚壁菌门、绿弯菌门在微波、热水解预处理后实现较大提升.相关性结果显示,sulI与tetC高度相似,且同时与多个科属的微生物成显著正相关,推测其宿主范围较广,且sulI与tetC在预处理中较好的去除率说明其宿主菌对预处理耐受性差;ermB、tetA与占比较高的菌群没有正相关.多数ARGs携带菌对热水解、热碱和微波不耐受,污泥预处理能够降低ARGs丰度,适当延长低温热水解预处理时间,才能有效削减污泥中的ARGs.     

废水处理系统中抗生素抗性基因分布特征

废水处理厂被认为是抗生素抗性基因(ARGs)的重要污染源.为探究抗性基因在进水状况复杂的废水处理厂沿程的分布变化特征,选取以生产抗生素为主导行业的某化工园区废水处理厂,使用实时荧光定量PCR对废水处理厂沿程ARGs的种类、丰度变化进行研究.结果表明,废水处理厂水体中检出16种ARGs,四环素类、磺胺类ARGs为废水处理厂中占主导的抗性基因,并检出可移动遗传元件int I1,其丰度与磺胺类抗性基因的丰度(P 0. 05,r 0. 95)存在相关性,表明可移动遗传元件int I1可能促进了磺胺类抗性基因的迁移和转化.园区医药企业以合成大环内酯类抗生素为主,由于选择性压力,园区废水中,erm B抗性基因的绝对丰度远远高于其他废水中erm B的绝对丰度.废水经过废水处理厂生物处理工艺,总ARGs绝对丰度下降了1. 16个数量级,经过芬顿工艺处理后,总ARGs绝对丰度下降了2. 46个数量级,表明该废水处理工艺中深度处理工艺对ARGs的去除效果优于生物处理.高浓度、可移动的ARGs已经存在于水体中,如果没有得到有效治理,从废水处理厂排出,将给环境带来高度风险.     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

死菌DNA对厌氧消化污泥中抗生素抗性基因及微生物群落分析的干扰

为评估死菌DNA对厌氧消化污泥抗生素抗性基因(ARGs)和微生物群落分析的潜在干扰,本研究对3种不同类型厌氧消化污泥进行叠氮溴化丙锭(PMA)处理,比较在PMA屏蔽死菌DNA PCR扩增情况下污泥ARGs和微生物群落分析结果与未经PMA处理情况下的差异.结果表明,经PMA处理后,剩余污泥自厌氧消化样品和高含固厌氧消化污泥样品中的ARGs丰度分别下降了41%～86%和74%～98%;污泥水解液厌氧消化15 d后的污泥样品中ARGs下降幅度相对较小,但降幅最高也达到34%.PMA处理对3个来源不同的厌氧消化污泥微生物群落组成分析结果呈现不同程度的影响,对高含固厌氧消化污泥的微生物群落结构分析影响最为显著.在经PMA处理与未经PMA处理两种情况下,厌氧消化污泥ARGs与微生物群落组成相关性分析的结果也截然不同.研究证明了死菌DNA对厌氧消化污泥ARGs和微生物群落分析的潜在干扰,采用PMA预处理能够更准确地反映厌氧消化污泥中的微生物群落及菌体携带ARGs的特征.     

宏基因组方法分析医药化工废水厂中抗生素耐药菌及耐性基因

废水厂是抗生素耐药菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)的巨大储存地.为调查医药化工废水处理厂中的ARB和ARGs,采用了宏基因组技术对医药化工废水中的活性污泥进行取样分析.结果显示,医药化工废水厂微生物组成主要是细菌类,主要细菌门是Proteobacteria,主要属是Hyphomicrobium,主要种是Hyphomicrobium zavarzinii.共检测到74类ARGs,最主要的类型是sav1866、dfr E和mfd.网络分析揭示了ARGs与微分类单元之间的共存模式,即ARGs与废水厂中属级的微生物分类群高度相关.抗生素特异的外排泵是该微生物群落主要的抗生素耐药机制,并且外排泵中耐药结节化细胞分化家族(RND)外排泵占主要部分.该微生物群落最主要的功能通路是代谢相关,并存在许多与人类疾病相关的基因,其中主要是细菌感染性疾病.结果表明,医药化工废水厂蕴藏着丰富的ARB和ARGs,ARGs的累积会增加潜在环境风险,需要加强对医药化工废水厂中ARB和ARGs的监控,并且ARB和ARGs的分析研究对于选择深度处理技术来有效去除ARB和ARGs具有重要的指导意义.     

华中地区水库沉积物重金属抗性基因的赋存特征及影响因素分析

环境中重金属抗性基因（Metal resistance genes,MRGs）的迁移转化作为环境及生态领域的重要研究内容近年来备受关注,但目前环境中重金属是否是MRGs的重要驱动因素则尚不明确.本研究采用宏基因组技术对华中地区水库沉积物MRGs进行了定量,并分析了不同形态重金属在MRGs迁移转化过程中起到的作用.结果表明,trcop （抗Cu基因）及arsM （抗砷基因）是水库环境中的主要MRGs,供水水库之间MRGs分布并无地域性差异.czrA （多抗基因）的潜在宿主菌较为广泛,trcop及arsM很可能位于同一种可移动遗传元件上进行水平转移.重金属总量与MRGs之间并无明显联系,而可交换态及碳酸盐结合态（B1）则是环境中MRGs的重要驱动因素.     

好氧-厌氧两相堆肥过程中抗生素耐药基因的变化特征及影响因素研究

针对堆肥处理过程中抗生素耐药基因（antibiotic resistance genes,ARGs）去除效率不高、诱导潜在致病菌传播扩散等环境安全问题,采用好氧-厌氧两相堆肥处理猪粪、秸秆,探讨ARGs丰度及微生物群落的变化特征,并明确影响ARGs相对丰度变化的关键因子.结果表明:与单一好氧相比,好氧-厌氧两相堆肥能更有效地降低部分ARGs及潜在致病菌的相对丰度,其中ermB、tetK的相对丰度分别降低了39.68%、72.19%,假单胞菌属（Pseudomonas）、梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）的相对丰度分别降低了96.09%、90.07%.主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）及冗余分析（Redundancy analysis,RDA）得出,微生物群落和环境因子均显著影响ARGs相对丰度的变化（P < 0.05）,贡献率分别为82.0%、71.2%.其中,梭菌属（Clostridium_sense_stricto_1）、黄杆菌属（Flavobacterium）、尿素芽孢杆菌属（Ureibacillus）和海洋杆菌属（Oceanobacillus）是影响ARGs相对丰度变化的主要微生物菌属;温度、电导率、含水率和pH是影响ARGs相对丰度变化的关键环境因子,贡献率分别为22.0%、16.7%、16.2%和15.0%.研究显示:与好氧堆肥相比,好氧-厌氧两相堆肥能更有效地去除ARGs,并抑制潜在致病菌的繁殖扩散,从而减少环境风险;然而部分ARGs和潜在致病菌仍存在增殖现象,因此亟需进一步优化好氧-厌氧两相堆肥工艺.      

活性炭对城市有机固废厌氧消化过程抗生素抗性基因行为特征的影响

城市有机固废是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的来源和储存库之一,其生物处理过程中ARGs的赋存变化规律需深入研究.采用定量PCR方法分析城市有机固废厌氧消化过程中多种类型ARGs和整合子基因的变化特征,探究了不同粒径的活性炭对目标基因行为特征的影响以及ARGs变化的潜在微生物机制.结果表明,无论是否添加活性炭,厌氧消化过程对初始体系中的总ARGs均具有削减作用,总ARGs绝对丰度的削减率为29.95%~63.40%.城市有机固废厌氧消化最终体系中,粉末活性炭（powered activated carbon,PAC）添加组中总ARGs丰度显著高于对照组（P<0.05）,即PAC削弱了ARGs的削减效果,颗粒活性炭对ARGs变化无显著影响.厌氧消化过程中,ARGs的潜在宿主细菌主要属于梭菌纲（Clostridia）、拟杆菌纲（Bacteroidia）和互营养菌纲（Synergistia）.PAC添加时,潜在宿主细菌的富集是目标基因增殖的重要原因,且Clostridia可能是厌氧消化过程中ARGs消长的主要驱动因子.本研究结果将为了解城市有机固废厌氧消化过程中ARGs的转归特征以及外源添加活性炭对ARGs的影响机制提供参考.