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.     

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.     

宏基因组学解析蚯蚓粪中微生物种群及耐药基因的组成

为判定蚯蚓粪作为微生物肥料的潜力,本研究采用宏基因组学的方法,对污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪样品抽提的DNA进行测序,并将结果进行物种注释及功能注释,以揭示不同蚯蚓粪中功能性微生物的种群结构.结果表明：污泥、牛粪和蔬菜蚯蚓粪分别检测到117505、81182、81104条scaftigs.变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门与放线菌门为3种蚯蚓粪的优势菌门.氮磷代谢途径分析表明,蚯蚓粪中富含固氮菌（Rhizobium、Mesorhizobium、Bradyrhizobium、Azospirillum）、硝化菌（Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrospira）和溶磷菌（Flavobacterium、Pseudomonas、Arthrobacter、Streptomyces）等肥料功能菌.相比而言,蔬菜蚯蚓粪微生物肥料潜力较高.相对于蔬菜蚯蚓粪（371条Unigenes）,污泥（2461条Unigenes）和牛粪（965条Unigenes）蚯蚓粪中存在较多的病原菌.而且,污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪中耐药基因相对丰度高达0.93×10^-3、0.32×10^-3和0.32×10^-3,主要为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类及四环素类耐药基因等.研究结果显示,蚯蚓粪中有益的功能菌群和有害微生物同时存在,其生物污染物的环境风险值得关注.     

宏基因组学解析蚯蚓粪中微生物种群及耐药基因的组成

为判定蚯蚓粪作为微生物肥料的潜力,本研究采用宏基因组学的方法,对污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪样品抽提的DNA进行测序,并将结果进行物种注释及功能注释,以揭示不同蚯蚓粪中功能性微生物的种群结构.结果表明：污泥、牛粪和蔬菜蚯蚓粪分别检测到117505、81182、81104条scaftigs.变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门与放线菌门为3种蚯蚓粪的优势菌门.氮磷代谢途径分析表明,蚯蚓粪中富含固氮菌（Rhizobium、Mesorhizobium、Bradyrhizobium、Azospirillum）、硝化菌（Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrospira）和溶磷菌（Flavobacterium、Pseudomonas、Arthrobacter、Streptomyces）等肥料功能菌.相比而言,蔬菜蚯蚓粪微生物肥料潜力较高.相对于蔬菜蚯蚓粪（371条Unigenes）,污泥（2461条Unigenes）和牛粪（965条Unigenes）蚯蚓粪中存在较多的病原菌.而且,污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪中耐药基因相对丰度高达0.93×10^-3、0.32×10^-3和0.32×10^-3,主要为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类及四环素类耐药基因等.研究结果显示,蚯蚓粪中有益的功能菌群和有害微生物同时存在,其生物污染物的环境风险值得关注.     

污泥蚯蚓堆肥对染色体和质粒上耐药基因归趋的影响

染色体和质粒分别介导污泥中的抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)进行垂直和水平转移,使ARGs在亲代或不同菌种之间传播,导致污泥蚯蚓堆肥对ARGs的削减有限.为了解决这个问题,本实验通过研究蚯蚓堆肥过程中染色体与质粒上ARGs和移动遗传元件(Mobilegenetic elements, MGEs)的丰度变化,以无添加蚯蚓为对照,进行20d的蚯蚓堆肥,探究蚯蚓堆肥对污泥中ARGs的垂直和水平转移的影响.结果显示:前10d是污泥蚯蚓堆肥中ARGs转移的高峰期.除了tetM,蚯蚓组其余ARGs丰度在质粒和染色体上均发生了显著的增加(P<0.05).与对照组相比,质粒上的erm F、erm B、tetX、sul1的丰度在蚯蚓组显著增加了1.02倍、1.97倍、2.43倍、0.75倍(P<0.05),而染色体上仅ermB在蚯蚓组显著增加(P<0.05).对于MGEs,质粒上的intI1丰度在蚯蚓组中比对照组显著增加了1.63倍(P<0.05),而染色体上的却截然相反,是对照组大于蚯蚓组.堆肥的后10d,两组染色体和质粒中的...     

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.     

医院空调回风口滤网积尘中抗生素抗性基因污染的比较

为了解医院环境中抗生素抗性基因(ARGs)的污染情况与分布特征,于2018年11月至2021年4月期间分批次采集了武汉市两家医院部分病房空调回风口滤网积尘样本127份,对其进行β-内酰胺类ARGs (mecA、bla_TEM、bla_CTX-M、bla_SHV)和碳青霉烯类ARGs (bla_KPC、bla_NDM-1、bla_IMP、bla_VIM、bla_OXA-51)及一类整合酶基因intI 1的定性与定量检测与评价.结果表明,医院不同科室及ICU空调滤网积尘中可检出以上9种β-内酰胺类,碳青霉烯类ARGs及intI 1,平均检出率分别为55.12%、37.64%和81.89%.ICU的β-内酰胺类与碳青霉烯ARGs的平均检出率显著高于外科与内科(P<0.05);4种β-内酰胺类ARGs中的bla_TEM、mecA检出率及其相对丰度在内科、外科最高(P<0.05);ICU的bla_SHV检出率及其相对丰度高于内科、外科(P<0.05).5种碳青霉烯类ARGs中的bla_NDM-1检出率及其相对丰度在内科、外科显著高于bla_KPC、bla_IMP(P<0.05).intI 1与9种ARGs的相对丰度均呈显著正相关(P<0.05).研究结果表明,两家医院不同科室病房空调滤网积尘中存在β-内酰胺类和碳青霉烯类ARGs以及一类整合酶基因intI 1的污染,内科、外科、ICU均以bla_TEM、mecA、bla_NDM-1为主,由此可认为医院不同科室空气及相关环境中可能存在与此等ARGs相关的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、产ESBLs肠杆菌科细菌、耐碳青霉烯大肠埃希菌与鲍曼不动杆菌等耐药菌的现时与既往污染,并且存在ARGs水平转移的风险;ICU空调滤网积尘中β-内酰胺类与碳青霉烯ARGs的污染较内科、外科严重,其中bla_SHV污染高于内科、外科,由此表明,ICU是ARGs及相关耐药菌污染的高风险科室.     

四环素对污泥蚯蚓粪中微生物种群和抗性基因的影响

城市污泥中高含量的四环素可能会致使污泥蚯蚓堆肥产物中携带高丰度的抗性基因,降低其利用价值.本实验采用赤子爱胜蚓处理添加不同含量四环素(100、500和1 000 mg·kg-1)的新鲜污泥,以不添加为对照组,分析微生物种群和四环素抗性基因(tet C、tet G、tet M、tet W和tet X)及整合子基因(int I1)在不同四环素选择性压力下的变化,揭示四环素含量对污泥蚯蚓堆肥中微生物种群和抗性基因的影响.结果表明,添加四环素降低了污泥蚯蚓堆肥产物中变形菌门的丰度但增加了拟杆菌门的丰度,且四环素的含量与细菌的Shannon和Pielou指数有明显的负相关关系.同时,添加四环素致使int I1增加了4. 25倍;四环素类抗性基因增加了4. 7～186. 9倍,其中tet M基因丰度与四环素含量呈现出显著的正相关关系.因此初始污泥中较高含量的四环素会改变污泥蚯蚓粪的微生物种群结构,增加抗生素抗性基因的丰度和传播风险.     

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.     

基于宏基因组技术分析MBR膜清洗后污泥中抗性基因

污水处理厂作为抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）的重要储存库,是自然界ARGs的主要来源之一.膜生物反应器（membrane bioreactor,MBR）被认为是一种能够有效去除污水处理厂中ARGs的技术工艺.MBR膜截留的废水中胶体、颗粒物、悬浮物及微生物代谢物中存在着大量的病原菌与抗性基因,而目前关于膜清洗后污泥中抗性基因的分布特征和规律尚不明确.本文采用宏基因组技术对MBR膜清洗后污泥中抗性基因进行了分析.结果显示,膜清洗后污泥中共检测出39门,其中优势菌门为Proteobacteria、Nitrospirae和Actinobacteria,优势菌属为Nitrospira、Pseudomonas和Bradyrhizobium.污泥样品含有的病原菌属占所有菌属的10.54%,其中Pseudomonas属相对丰度最高,占到所有菌属的3.94%.样品中共注释出17类ARGs和16类金属抗性基因（metal resistance genes,MRGs,15类单金属抗性基因和1类多重金属抗性基因）.其中,多药类抗生素抗性基因相对丰度最高,占49.08%.金属抗性基因中多重金属类抗性基因相对丰度最高,占该污泥样品的34.58%,单金属抗性基因中对铜的抗性基因数量最多,占19.99%.该膜清洗后污泥中微生物群落最主要的功能通路为代谢相关,并存在大量与人类疾病相关的代谢通路相关基因,其中涉及细菌耐药和细菌传染疾病的基因数量最多,分别为占人类疾病相关的代谢通路已注释序列的34.50%和16.62%.由此可见,膜清洗后污泥中蕴藏着丰富的ARGs、MRGs以及病原菌属,具有潜在的环境健康风险,需要加强对膜清洗后污泥中ARGs、MRGs以及病原菌的管控.本文为选择合适的技术工艺有效去除膜清洗后污泥中ARGs、MRGs以及病原菌提供指导.     

蚯蚓生物滤池削减剩余污泥中ARGs和ARB的效果研究

蚯蚓生物滤池(vermifiltration, VF)是一种低碳、环境友好的生态技术。基于其良好的剩余污泥减量化效果,以不加蚯蚓的普通生物滤池(biofilter, BF)为对照,探究蚯蚓生物滤池对新型污染物——抗生素抗性菌(antibiotic resistance bacteria, ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的去除效果。结果表明:与BF相比,VF对ARB(四环素类抗性菌、磺胺类抗性菌和双抗性抗性菌)的去除率增加25百分点以上,对ARGs(tetO、tetM、tetQ、tetW、sul1、sul2)去除率增加20百分点以上,且具有选择性。VF对intI1去除率高达98.24%,大大降低了ARGs的水平转移和传播风险。夏、冬季,VF对ARGs和ARB去除率比BF高15百分点以上,说明蚯蚓的加入减弱了低、高温对生物滤池的抑制作用。蚯蚓生物滤池能有效提高污泥中ARGs和ARB去除率,为剩余污泥的无害化处理提供参考。     

污染土壤中氟的人体胃肠吸收可给性影响因素及健康风险

于太原某氟污染场地采集16个土壤样品,通过体外模拟（in vitro）胃肠消化的方法,利用配制的模拟胃、肠液提取土壤中氟,研究其人体可给性,并分析人体可给性对风险评估结果的影响.结果显示,土壤中氟在胃、肠提取阶段的可给性分别为2.59%~6.57%和1.09%~2.52%,平均值分别为3.53%和1.44%.胃提取阶段氟的人体可给性浓度与土壤水溶性氟含量（P<0.01,n=16）、TFe （P<0.01,n=16）和TAl （P<0.01,n=16）呈显著正相关,肠提取阶段氟的人体可给性浓度与胃阶段氟的可给浓度（P<0.01,n=16）呈显著正相关.基于土壤水溶性氟和总铝含量能较好地预测氟在胃阶段的人体可给性浓度,基于氟在胃提取阶段的人体可给性浓度能较好地预测其在肠提取阶段的人体可给性浓度,模型相关系数（R²）分别为0.96和0.98.以土壤样品中总氟浓度为暴露浓度计算的健康风险分别是考虑氟在胃及肠提取阶段人体可给性的15.23~37.01倍和39.76~86.67倍.     

厌氧消化对污泥中抗生素抗性基因削减的影响

为了系统地了解厌氧消化及其强化工艺对污泥中抗生素抗性基因的削减效果,明确抗性基因在厌氧消化过程中的降解机制,从几种常见的厌氧消化工艺入手,结合国内外研究进展,综述了高温厌氧消化、预处理和投加外源添加剂等强化工艺对污泥中不同抗生素抗性基因的削减效果和影响因素,发现污泥中抗生素抗性基因的归趋主要与污泥中选择性压力的大小、宿主菌群的丰度、水平转移的效率和抗性基因的耐药机制等有关。厌氧消化及其强化工艺主要通过破坏污泥细胞结构,减少宿主菌群丰度或降低抗性基因水平转移风险的作用机制来实现抗生素抗性基因的高效削减。     

污泥蚯蚓堆肥过程中胞外聚合物的结构变化

为揭示污泥胞外聚合物(EPS)特征与蚯蚓堆肥产物腐熟的关系,以无蚯蚓为对照组,探究蚯蚓堆肥对污泥EPS结构变化的影响。结果表明,蚯蚓堆肥显著加快了蚯蚓堆肥产物有机质的矿化速率,其电导率和硝酸盐氮含量比对照组产物分别显著提升了0.64和0.22倍(P<0.05)。蚯蚓堆肥产物EPS层中的蛋白质和多糖的总含量比对照组产物分别降低了32.77%和31.54%。三维荧光结果表明,蚯蚓堆肥过程中蛋白质的荧光强度下降速率比对照组更高,其腐殖质在堆肥后期一直处于较高水平。污泥蚯蚓堆肥产物的紧密结合层(TB-EPS)和松散结合层(LB-EPS)中的色氨酸含量比对照组分别减少7.69%和13.62%,而LB-EPS和粘液层(SEPS)中腐殖酸含量比对照组分别增加了25.1%和7.82%。蚯蚓堆肥期间的硝酸盐氮含量和电导率均同SEPS、LB-EPS结构中的DOC、蛋白质和多糖含量呈显著正相关(P<0.05),其总DOC含量与EPS各层中的DOC及多糖含量呈显著相关性(P<0.05)。实验过程中对照组仅有机质和DOC含量同EPS各层多糖含量呈显著相关(P<0.05)。研究表明,蚯蚓堆肥能够破坏污泥EPS结构以促进有机物的分解,加快污泥的腐殖化和稳定化进程,且污泥EPS结构的变化可作为反映污泥蚯蚓堆肥产物腐熟程度的关键指标。     

珠江口典型水产养殖区抗生素抗性基因污染的初步研究

使用普通PCR和荧光定量PCR方法对珠江口典型水产养殖区水和沉积物中3种磺胺类、7种四环素类、1种喹诺酮类抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和1种整合子基因进行了定性和定量研究.结果表明,除tetW外,所有其他ARGs在珠江口养殖区中均被检出,其中sul1、sul2和int1的检出率为100%.相同养殖模式下,养殖时间越长ARGs的相对含量越高,表明ARGs具有累积效应;不同养殖模式池塘中ARGs的含量存在差异,表明养殖模式可能影响ARGs的含量与分布.int1相对含量与sul1和ARGs总量之间均存在显著相关性(P<0.05),表明int1在ARGs的水平传播中起着非常重要的作用.此外,珠江口水产养殖区沉积物中抗生素浓度与ARGs总量存在显著相关性(P<0.05),说明水产养殖区中抗生素残留是诱导养殖区ARGs的主要因素.