改性生物炭对水体中抗生素的去除研究进展

随着社会经济的不断发展,抗生素造成的水体环境污染问题已不容忽视.利用生物炭去除水体中的抗生素是解决这一问题的有效手段之一.然而,原始生物炭对水体中抗生素等有机污染物的去除存在一定局限性,因此对生物炭进行改性以提升其吸附能力尤为必要.生物炭的吸附性能受生物质类型、碳化条件和改性方法等因素影响较大,导致目前虽然开展了许多相关研究,但结论不一,尤其是在不同改性生物炭对不同抗生素吸附机理的解释方面还不是很清楚,因此有必要对现有研究进行系统地归纳和总结.本文首先对用于抗生素吸附的改性生物炭制备方法及理化性质表征方法进行了介绍,综述了改性生物炭对不同种类抗生素(磺胺类、喹诺酮类、四环素类、大环内酯类、氯霉素类)的吸附效果、吸附机理及其影响因素(如溶液pH值、热解温度、改性材料等),对比分析了生物炭改性前后吸附效果的差异,对目前改性生物炭用于去除水体中抗生素存在的问题进行了分析和总结,在此基础上,对今后该领域的研究和发展方向进行了展望,以期为将来开展相关的研究工作提供一定的参考.     

淡水环境中抗生素抗性基因的来源、归趋和风险

近年来淡水体中抗生素耐药菌及抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的广泛分布和快速传播已成为全球性的环境健康热点问题,国内外学者围绕淡水环境中ARGs的主要来源、多介质分布、转移机制及ARGs与微生物群落的互作机制开展了一系列研究.本文综述了医疗废水、污水处理厂尾水和养殖废水作为淡水环境中ARGs主要来源的关键作用,分析了国内外淡水环境中ARGs多介质分布和归趋特征,阐明了淡水环境中ARGs传播扩散途径和归趋影响因子,归纳了ARGs风险形成机制与评价方法,提出了未来关于淡水环境中ARGs的研究热点和趋势,以期为ARGs环境与健康风险管控提供参考.目前关于ARGs产生过程与归趋特性的认识仍相对局限,ARGs在水生食物链中动态归趋特征、传播扩散过程和暴露风险形成机制的相关研究亟待加强,淡水环境ARGs生态健康风险的系统评估方法也需尽快建立.     

畜牧场土壤中重金属与抗生素抗性基因的分布规律研究

为研究畜牧场土壤中重金属和抗生素抗性基因(ARGs)的空间分布特点,揭示二者之间的相关性,为后续特色黑土的修复治理提供基础理论依据.结合GIS优化布点,在黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县某畜牧场园区分别采集内部10 cm和50 cm深度的土壤.采用原子吸收光谱仪和原子荧光分光光度计检测8种重金属含量,用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属进行污染评价;通过实时荧光定量 PCR技术检测土壤中的28 种 ARGs,运用 Pearson 分析重金属与ARGs的相关性,同时对二者之间的相似性进行聚类分析. 10 cm和50 cm土壤的单因子污染指数分析显示,As均属于重度污染等级( Pi＞3),其他7种元素属于安全等级( Pi≤1),内梅罗综合污染指数均属于重度污染等级( P综＞3). 28种ARGs污染分布差异较大,除β-内酰胺类ARGs随土壤深度的增加污染程度呈增大的趋势,其余都呈减小的趋势;50 cm土层中blaTEM的相对丰度较高,约为0.65 拷贝数/16S rRNA基因拷贝数.相关性分析表明,杜蒙园区土壤中sul2与tetX、 tetR、 tetW、 tetC和tet34分别与重金属Cr、As、Pb和Cd存在一定程度的相关性( P＜0.05);重金属污染程度较重的As和Cr对ARGs的选择压力相似.畜牧场中重金属污染严重,ARGs污染水平亟待推行评价标准,为后续恢复受污染的特色黑土的生态功能提供依据.     

松花江哈尔滨段及阿什河抗生素的分布规律与生态风险评估

利用固相萃取、高效液相色谱-质谱串联法检测分析松花江流域哈尔滨段及支流阿什河中磺胺类、氟喹诺酮类和大环内酯类这3类10种抗生素分布规律,分析了抗生素浓度与水质指标的相关性,并评估其生态风险.结果表明,10种抗生素中在松花江哈尔滨城区入境断面仅检测到6种抗生素并且检测浓度相对较低,但在出境断面检测出9种抗生素仅磺胺甲嘧啶未检出,其中,大环内酯类抗生素增加最为显著,其次为磺胺类和氟喹诺酮类,哈尔滨城区内3条支流汇入是导致松花江水体抗生素浓度增加的直接原因.除磺胺吡啶和磺胺甲嘧啶外其余8种抗生素在阿什河各水样中的检出率均达100%,在阿什河上游断面仅磺胺吡啶未检出,但在阿什河入松花江处10种抗生素均检出,除诺氟沙星外其余9种均为各断面最高.阿什河沿岸4个污水处理厂排放的废水是影响阿什河中抗生素浓度的重要因素.相关性分析表明,松花江哈尔滨段水系中磺胺类抗生素与氨氮和总有机碳、氟喹诺酮类抗生素与氨氮和总磷、大环内酯类抗生素与氨氮、总磷和总有机碳均存在显著正相关关系（P<0.05）,阿什河水系中3类抗生素与氨氮和总磷存在显著正相关关系（P<0.05）,表明松花江哈尔滨段及阿什河水体水质指标与其抗生素浓度密切相关.生态风险评估结果表明,松花江流域哈尔滨段及阿什河水系中大环内酯类抗生素存在一定的生态风险.     

人工生态系统对城市河流中抗生素和ARGs的去除

通过室内模拟河道系统,以阿奇霉素（AZM）、磺胺甲唑（SMZ）、环丙沙星（CIP）和四环素（TCY）这4种抗生素和抗性基因（ARGs）：磺胺类（sul1和sul2）、四环素类（tetX和tetM）、喹诺酮类（qnrS和qnrD）、大环内酯类（ermB）和16S rDNA为目标物,研究2种挺水植物和铜绿微囊藻组合（菖蒲+灯芯草、藻+灯芯草、藻+菖蒲和藻+菖蒲+灯芯草）的人工生态系统不同介质（水相、泥相和植物）中抗生素的变化特性、对常规污染物（COD、NH₄⁺-N、TP和TN）的去除效果以及在水相和泥相中ARGs的分布和去除效果.并通过物料衡算计算目标物的实际去除率,以及分析水相和泥相中ARGs丰度与环境因子之间的相关性.结果表明,所形成的人工生态系统对COD、NH₄⁺-N、TP和TN去除率范围分别为60.2%~74.8%、63.4%~77.4%、64.0%~73.2%和46.8%~54.8%;对水相中抗生素有明显的去除效果,藻+菖蒲+灯芯草组合的人工生态系统对4种抗生素去除率最好;对泥相中抗生素去除率依次为TCY > CIP > AZM > SMZ,其中藻+菖蒲+灯芯草组合对TCY去除率达到53.5%;对抗生素的实际总去除率大小依次为藻+菖蒲+灯芯草 > 藻+灯芯草 > 藻+菖蒲 > 菖蒲+灯芯草.4类ARGs去除效果较明显,水相中的去除率要高于泥相;ARGs与常规污染物以及抗生素之间存在不同的相关性,其中水相中tetX与环境因子、泥相中AZM与之对应ARGs的相关性不显著,说明ARGs既可以在对应抗生素压力下选择,也可以在其他类型环境压力下选择,抗生素含量并不是直接影响ARGs的传播.本研究表明挺水植物和铜绿微囊藻组合的人工生态系统可作为净化水质和改善城市河流中抗生素环境风险的有效手段.     

螺旋霉素废水处理过程中菌群结构、水质特征及抗性基因之间关系分析

抗生素制药废水常含有大量抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARG）,传播抗性污染的风险高于城市污水,但目前人们对抗生素制药废水处理过程中ARG转归影响机制研究尚有不足.本研究采用高通量测序考察某螺旋霉素制药废水厂A²O工艺过程中菌群结构变化,并通过多种统计学分析方法考察菌群结构、水质特征及ARG之间的相互关系.结果表明,生物处理单元中污泥的菌群结构受进水水质影响较小,其中厌氧和缺氧池中均以产甲烷菌与硫酸盐还原菌为优势菌,好氧池和二沉池中优势菌群的功能较为复杂;A²O系统对常规污染物去除效果较好,但不能稳定削减潜在致病菌丰度.水质特征、菌群结构和ARG之间存在显著相互影响关系,其中废水处理过程中生物量、NH₄⁺-N和化学需氧量（chemical oxygen demand,COD）与ARG和可移动遗传元件（mobile genetic elements,MGE）的分布密切相关.在水相和泥相中对ARG和MGE产生显著影响的菌属不同,而且泥相中有更多的潜在致病菌与ARG显著相关性,即污泥中微生物同时获得耐药性和致病性的可能性比水相中高.本研究可为今后抗生素制药废水处理过程的抗性污染控制提供科学参考.     

3种常用除草剂对细菌抗生素耐药性的影响

抗生素耐药性的传播已严重威胁全球公共健康,近年来研究发现非抗生素类化学物质也能促进细菌耐药性的产生与传播.然而,除草剂的大量使用是否对细菌耐药性产生影响却鲜见报道.本文以模式菌株大肠杆菌（Escherichia coli DH5α）为研究对象,探究3种常用除草剂（草甘膦、草铵膦和麦草畏）对E.coli DH5α耐药性的影响.结果表明,在土壤环境浓度暴露下,除草剂处理可以改变大肠杆菌对抗生素的敏感性,显著提高大肠杆菌对庆大霉素的耐药能力,其中不同除草剂对细菌耐药性影响效果为：草甘膦 > 麦草畏 > 草铵膦.除草剂暴露30 d后,大肠杆菌突变菌株同时增强了对四环素、氯霉素和氨基糖苷类抗生素的耐药能力,其中链霉素的最小抑制浓度提高19.8倍.全基因组测序发现,除草剂可以诱导膜蛋白（ompF、papC）、菌毛蛋白（yraH）和核糖体（rpsL）等与抗生素耐药性相关的基因突变,从而增强其耐药能力.以上结果表明除草剂通过增加染色体基因突变增强细菌耐药能力,从而促进耐药基因在环境中传播的潜在风险.     

基于生态风险的我国水环境高风险抗生素筛选排序

针对我国水体环境中大多数抗生素缺乏生态毒理数据,无法开展全国范围内抗生素生态风险评估的问题,以国家药品监督管理局数据库中抗生素商品为研究对象,通过收集市场所有抗生素的商品数量和平均日剂量,结合暴露建模方法计算暴露指数,采用抗生素生态毒理效应数据以及物种敏感性分布（species sensitivity distributions,SSD）法和顶端效应计算风险评分,对结果进行筛选排序,分析并识别了抗生素优先次序.结果表明,拥有不少于4种商品数量的特定抗生素为105种,53种抗生素为全国用量较大的候选药物.同时通过联合概率模型筛选出20种抗生素作为优先风险评估药品,其中高生态风险优先关注为克拉霉素、环丙沙星、阿莫西林、头孢克洛和氧氟沙星.本研究为定量评估我国水体环境抗生素风险防控提供科学依据.     

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.