畜禽养殖废水生物处理与农田利用过程抗生素抗性基因的转归特征研究进展

兽用抗生素的广泛使用造成了畜禽养殖场及其周边环境中抗生素抗性基因丰度的提高,而畜禽养殖废水所携带的抗性基因在生物处理及其农田利用过程中的转归规律尚不明确,存在抗性基因从畜禽养殖场向周边环境的传播风险.本文通过文献调研,综述了畜禽养殖废水中抗性基因的赋存特征、抗性基因在畜禽养殖废水生物处理和农田利用过程中转归的研究进展,并提出了今后的研究方向,以期为揭示畜禽养殖废水在生物处理和农田利用过程中抗性基因的消减规律、降低抗性基因传播风险提供借鉴.     

梅花鹿养殖场抗生素抗性基因分布特征

梅花鹿养殖是近年来我国南方地区出现的新兴养殖业.为探究梅花鹿养殖对养殖环境抗生素抗性基因的影响,采用高通量荧光定量PCR研究了抗生素抗性基因在养殖场区对照土壤、梅花鹿新鲜粪便、梅花鹿粪便堆肥产物和施用堆肥菜地土壤中的分布、丰度和多样性.结果表明,抗性基因的绝对丰度梅花鹿粪便堆肥产物梅花鹿新鲜粪便施用堆肥菜地土壤养殖场区对照土壤,抗生素抗性基因在4种环境样品中具有不同分布格局;梅花鹿养殖场环境中抗性基因丰度与可移动基因元件丰度显著相关(P0.05),表明可移动基因元件可能加快了抗性基因的水平转移过程,促进了抗性基因的迁移、传播和富集,加剧了养殖环境抗生素抗性基因污染.     

辽宁省畜禽养殖业抗生素排放特征及减排路径分析

抗生素作为新兴环境污染物,已成为国内外研究的热点问题.以磺胺类和四环素类抗生素为研究对象,运用物质流分析方法,对辽宁省畜禽养殖业抗生素的排放特征进行系统分析,并通过情景分析法对各减排路径进行了比较分析.结果表明：2017年辽宁省畜禽养殖业两类抗生素的消耗总量为712 t,排放总量为280 t;排泄物中的抗生素有39.34%进入养殖废水,60.66%进入养殖粪便,废水和粪便中抗生素的去除率分别为7.50%和8.15%;从排放去向看,土壤环境抗生素的负荷量明显高于水环境;2000—2014年,辽宁省畜禽养殖业抗生素排放总量呈逐年增加趋势,2015年略有下降,2017年出现明显下降,抗生素排放量主要受养殖数量影响;饲料"禁抗"情景可使抗生素排放量削减18.02%,改善废物资源化利用情景和加强废物末端治理情景抗生素排放量可分别削减13.05%和25.29%,全过程优化情景抗生素排放量可削减46.99%.     

制药废水中抗生素抗性的污染特征、检测手段和控制方法

制药行业废水中含有大量的抗生素、抗生素抗性细菌（ARBs）及抗性基因（ARGs）等新污染物,现今的生物处理工艺尚不能有效地对其进行去除.最终以上新污染物随出水进入各类水体或渗入土壤,造成环境污染,影响人类健康.因此,探明制药废水中抗生素、ARBs和ARGs的污染特征,知晓检测和控制废水中抗生素抗性污染的方法,对于削减环境中的抗生素和ARGs,评估抗生素抗性的生态风险至关重要.针对制药废水处理厂（PWWTPs）环境中的抗生素抗性污染问题,讨论了制药废水中的抗生素、ARBs和ARGs的污染现状;概述了制药废水环境中抗生素抗性的不同评估方法;最后对PWWTPs中常用去除抗生素及ARGs的废水处理技术进行了概述,以期为环境中抗生素及抗性基因的生态风险评价及科学防治提供理论依据.     

畜禽粪便污染的环境风险与资源化处理技术分析

畜禽养殖业飞速发展大力促进了我国农村经济的繁荣振兴,但同时出现的畜禽粪便排放量大、处理率低和易造成环境污染等问题也日益突出.在总结我国畜禽粪便排放现状的基础上,系统分析了畜禽粪便中主要环境污染物及其在土壤、水和大气等介质中的赋存、迁移转化等污染特征,并以重金属和抗生素为特征污染物对畜禽粪便农用的环境风险评估方法与风险等级进行了阐述;对比分析了国内外常用的畜禽粪便无害化和资源化处理技术,并评估了热化学转化技术和生物技术等在畜禽粪便能源化和肥料化处理方面的发展前景和应用价值.此外,探讨了目前畜禽粪便污染治理工作中存在的常见问题,并展望了畜禽粪便资源化处理技术未来的发展方向.     

生活垃圾渗滤液处理过程中抗生素抗性基因的变化特征

抗生素抗性基因被认为是一种环境污染物,城市生活垃圾填埋场及其渗滤液中存在着多种类和高丰度的抗生素抗性基因.针对生活垃圾渗滤液处理工艺流程特点,本研究采用超高通量定量PCR技术,分析生活垃圾渗滤液处理过程中抗生素抗性基因的变化特征.结果表明,渗滤液处理使得出水抗生素抗性基因丰度减至9. 2×1010copies·L-1,降低了5个数量级,能有效消减渗滤液中的抗生素抗性基因,是一种有效消减垃圾渗滤液抗生素抗性基因丰度的方法;渗滤液出水中的抗生素抗性基因140种,检出率高达46. 7%,相较于自然环境,出水中抗生素抗性基因种类和丰度仍然维持在较高水平,直接排入市政污水管网可能造成抗生素抗性基因的二次扩散,存在着较高的生态环境风险;渗滤液中抗生素抗性基因与Cr、Cd、Ni、As、MGEs、integron和transposon呈现极显著的正相关关系,表明抗生素抗性基因的赋存和迁移传播可能受重金属元素和可移动遗传元件的共同影响.     

抗生素抗性基因(ARGs)——一种新型环境污染物

抗生素的环境污染与生态毒性近年来引起了日益广泛的关注.水产养殖和畜牧业抗生素长期滥用的直接后果,很可能诱导动物体内抗生素抗性基因,经排泄后将对养殖区域及其周边环境造成潜在基因污染.抗性基因还极有可能在环境中传播、扩散.对公共健康和食品、饮用水安全构成威胁.为此,提出了将抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,对该类污染物在环境中的来源、潜在的传播途径以及国内外相关研究进展进行综述,指出了当前形势下我国开展环境中抗生素抗性基因污染研究的必要性,建议尽快从国家层面上系统进行抗生素抗性基因的环境污染机理与控制对策研究.     

污水处理厂削减耐药菌与抗性基因的研究进展

长期滥用抗生素导致细菌耐药性增强,并使抗性广泛传播.污水处理厂既是耐药菌(antibiotic resistance bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)的储存库,排放的污水与污泥是向自然环境中传播抗性的重要污染源,也是削减ARB和ARG及控制抗性传播的重要环节.本文总结了天然水体中的耐药菌和抗性基因污染现状,分析了近年来耐药菌与抗性基因在污水/污泥处理过程中的转归与去除方面的研究进展,同时对将来的重点研究方向提出展望,以期为今后耐药菌和抗性基因的污染控制提供参考.     

抗生素与重金属复合污染废水处理的研究进展

随着越来越多的污染物进入环境,水体抗生素和重金属复合污染问题已引起学者们的关注.在归纳和总结抗生素和重金属相互作用机理的基础上,综述了抗生素和重金属复合污染废水主要处理技术的研究进展,并总结了其作用机理及优缺点.结果表明:抗生素和重金属的相互作用主要受到抗生素官能团的种类、重金属离子的类型和溶液pH的影响;吸附法是当前应用最多的方法,而光催化法和人工湿地法具有广阔的应用前景,将絮凝剂或零价铁基改性能够增强抗生素和重金属复合污染废水的处理效果,各种方法相结合对处理水体抗生素和重金属复合污染有较大潜力.建议今后研究应着重关注以下几个方面:①各种处理技术在实际环境水体中的应用;②复合污染的环境影响及相关法规标准的制订与完善;③新污染物抗性基因的生成机理及其影响因素.      

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.     

环境中抗生素抗性基因丰度与抗生素和重金属含量的相关性分析:基于Web of Science数据库检索

抗生素和重金属是两种重要的环境污染物和耐药性选择压力源,但低含量水平下其对环境微生物种群耐药性水平的影响尚不明确.本文全面检索了截至2020年1月1日发表在Web of Science数据库中同时监测了抗生素抗性基因（ARGs）丰度、抗生素含量或重金属含量的研究文献,提取相关数据,利用统计回归方法调查环境介质中3个参数的相关关系.结果表明,除废水外,地表水、沉积物和土壤等环境介质中,即使在非常低的抗生素含量水平下,抗生素选择压力也会对ARGs丰度的增加产生显著的统计效应（P<0.05）.不同类别抗生素对耐药基因表现出不同程度的选择和富集作用.重金属含量以及抗生素含量和重金属含量的交互作用对ARGs的传播也具有显著影响（P<0.05）.水相和固相环境样本的多变量统计回归模型的最终R²分别为0.482和0.707,比单变量回归的R²更高,能更好地解释ARGs丰度的差异,但环境中还存在其他可能影响ARGs丰度的因素.本文的研究结果可为环境中抗生素耐药性风险评估及传播控制提供支撑.     

猪粪堆肥过程中金霉素去除及重金属形态变化

抗生素和重金属的广泛使用导致了畜禽粪便中抗生素和重金属的大量残留,堆肥工艺不但可降解残留的抗生素,也能固化重金属.本文以养殖场猪粪为对象,利用中试好氧堆肥反应装置,研究不同金霉素浓度时的猪粪堆肥特性及去除情况[0mg·kg~(-1)(CK)、10 mg·kg~(-1)(T1)和50 mg·kg~(-1)(T2)],同时开展堆肥过程重金属形态变化的研究.结果表明,堆肥结束后,CK组金霉素没有检出,T1和T2组抗生素降解率分别达到96.31%和97.32%,金霉素降解过程符合一级动力学模型.堆肥可以使重金属固化,Cu、Zn元素的生物可利用态(可交换态、可还原态)逐渐转化为生物毒性低的可氧化态与残渣态,Cu、Zn明显钝化.相关性分析表明金霉素的去除与生物可利用态Cu、Zn呈现显著的正相关性.     

动物粪便施肥措施促进耐药基因在粪便-土壤-蔬菜之间的散播

耐药基因（antibiotic resistant gene,ARG）在动物粪肥施用的土壤中被越来越多地检出,已经引起了人们对公共安全的担忧,但目前关于动物粪便施肥对蔬菜内生菌中耐药基因的影响尚不清楚.因此,本研究利用高通量定量PCR技术,探讨鸡粪肥施用对土壤、苦菊根和叶片中内生细菌菌群和耐药基因谱的影响.研究结果发现,鸡粪肥的施用不仅增加了土壤和苦菊根内生菌中ARG的数量,而且增加了土壤、苦菊根和叶片中内生菌的ARG丰度.相关性分析显示,土壤菌群和苦菊内生菌中ARG谱与细菌菌群组成密切相关,主要涉及变形杆菌纲、酸杆菌纲、放线菌纲和蓝藻细菌纲等细菌菌群.此外,苦菊内生菌与土壤菌群之间存在共有的ARG,表明土壤-苦菊之间存在耐药基因的内部传播.综上所述,鸡粪肥施用会通过粪便-土壤-植物路径增加蔬菜内生菌中ARG的多样性和丰度.     

铅锌矿区土壤中有效态重金属的稳定化研究

为研究铅锌矿区土壤中重金属的稳定化方案,实地采集了四川省攀枝花市米易县某铅锌矿区污染土壤,采用稻壳、秸秆-木材和动物粪便3种不同来源的生物炭对土壤中弱酸提取态Pb、Zn、Cd、Cu和水溶态Zn进行了静态实验,并在此基础上选择动物粪便炭添加到污染土壤中进行了35 d的培育实验。结果表明:动物粪便炭对矿区污染土壤中弱酸提取态Zn、Cd、Pb、Cu稳定化性能最好,去除率分别为13.16%、15.68%、96.33%、65.39%,3种来源生物炭对水溶态Zn去除率均>90%;培育实验中施用30%动物粪便炭的土壤中弱酸提取态Pb降低了97.36%,水溶性Zn也得到了有效降低。因此动物粪便炭的施加可降低矿区污染土壤中重金属的迁移能力,对于铅锌矿区土壤重金属污染的防范与治理提供了参考。     

不同污泥在微波预处理-厌氧消化过程中抗性基因分布及菌群结构演替

城市污水厂剩余污泥是抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARG）的重要储存库,污泥处理过程中ARG的转归趋势及其与菌群结构变化的关系仍需人们深入研究.本研究考察了A²O和A²O-MBR工艺的城市污水厂剩余污泥的ARG与细菌群落结构在微波预处理-厌氧消化处理过程中的演变规律,结果表明,两种原污泥的菌群结构及携带的ARG丰度分布区别较大;虽然微波预处理不会显著改变菌群结构,但预处理-厌氧处理后的消化污泥菌群结构有显著差异;无论有/无预处理,厌氧消化过程对污泥中ARG和MGE的分布有趋同性的作用;ermF、qnrS和bla_NDM-1是厌氧消化过程中易于增殖传播的抗性基因;污泥特性中,生物量、氨氮和正磷对ARG和MGE分布的影响力最大;污泥性质对细菌群落结构、尤其是部分功能菌属变化有重要影响.本研究结果可为人们进一步了解污泥厌氧消化过程中ARG的传播与控制提供科学参考.     

Profiling the antibiotic resistome in soils between pristine and human-affected sites on the Tibetan Plateau

With increasing pressure from anthropogenic activity in pristine environments, the comprehensive profiling of antibiotic resistance genes(ARGs) is essential to evaluate the potential risks from human-induced antibiotic resistance in these under-studied places. Here, we characterized the microbial resistome in relatively pristine soil samples collected from four distinct habitats on the Tibetan Plateau, using a Smart chip based high-throughput q PCR approach. We compared these to soils from the s...     

Horizontal and vertical gene transfer drive sediment antibiotic resistome in an urban lagoon system

Rapid urbanization has resulted in pervasive occurrence of antibiotic resistance genes (ARGs) in urban aquatic ecosystems. However, limited information is available concerning the ARG profiles and the forces responsible for their assembly in urban landscape lagoon systems. Here, we employed high-throughput quantitative PCR (HT-qPCR) to characterize the spatial variations of ARGs in surface and core sediments of Yundang Lagoon, China. The results indicated that the average richness and absolute abundance of ARGs were 11 and 53 times higher in the lagoon sediments as compared to pristine reference Tibetan lake sediments, highlighting the role of anthropogenic activities in ARG pollution. Co-occurrence network analysis indicated that various anaerobic prokaryotic genera belonging to Alpha-, Deltaproteobacteria, Bacteroidetes, Euryarchaeota, Firmicutes and Synergistetes were the potential hosts of ARGs. The partial least squares-path modeling (PLS-PM) analysis revealed positive and negative indirect effects of physicochemical factors and heavy metals on the lagoon ARG profiles, via biotic factors, respectively. The horizontal (mediated by mobile genetic elements) and vertical (mediated by prokaryotic communities) gene transfer may directly contribute the most to drive the abundance and composition of ARGs, respectively. Furthermore, the neutral community model demonstrated that the assembly of sediment ARG communities was jointly governed by deterministic and stochastic processes. Overall, this study provides novel insights into the diversity and distribution of ARGs in the benthic habitat of urban lagoon systems and underlying mechanisms for the spread and proliferation of ARGs.