微塑料对城市污水中胞内和胞外抗性基因的富集特征研究

作为近年来国内外关注的焦点问题,微塑料不仅本身具有生物毒性,还能携带多种污染物构成复合污染.然而目前对于微塑料携带抗性基因的污染特征尚鲜有研究.考察了聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯及再生聚乙烯4种微塑料对城市污水中胞内与胞外抗性基因的富集特征与影响因素.结果表明:4种微塑料对胞外抗性基因的富集倍数在3.12×102~4.07×103之间,显著高于胞内（4.44×101~2.14×103）,且对于同种污水类型,最高能达胞内的13.1倍.微塑料对二沉池出水中抗性基因的富集倍数（2.14×103~4.07×103）显著高于污水厂进水（3.12×102~7.61×102）和活性污泥（4.44×101~5.84×102）.微塑料类型对抗性基因的富集有显著影响,其中聚丙烯的富集能力最强,最高达3.03×1014 copies/g（胞内抗性基因）和6.27×1013 copies/g（胞外抗性基因）;聚苯乙烯对胞外基因的富集倍数高于聚乙烯,而对于胞内基因的富集倍数低于后者;再生聚乙烯与聚乙烯的富集能力无显著差异.微塑料对抗性基因的富集量与微塑料的粒径、浓度均成反比,富集过程遵循准二级动力学模型.研究显示,微塑料能大量富集污水中的抗性基因,特别是胞外抗性基因,从而显著提高抗性基因的迁移能力,增大后续公共健康风险.      

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.      

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.     

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.     

菌渣施肥对土壤—作物体系重金属污染及迁移特征评价

为研究抗生素制药菌渣施肥对土壤—作物体系中重金属的污染及迁移特征的影响,选取新疆伊宁县某试验田作为研究对象,运用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数评价抗生素施加后农田土壤重金属污染状况,采用富集系数(BCF)来表示重金属在土壤—作物体系间的迁移性能。研究表明:大豆和玉米在苗期、开花期和成熟期所有地块的重金属含量均达到标准值,土壤未受到重金属污染,在成熟期,Cu、Cr、Ni更容易在大豆作物中富集,而Zn更易在玉米中富集。研究成果可为抗生素制药菌渣肥的安全利用提供科学依据。     

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.