基于铁阳极的生物阴极自养反硝化效能影响因素探究

利用微生物燃料电池（Microbial fuel cell, MFC）装置耦合零价铁脱氮和生物阴极,研发基于铁阳极的新型生物脱氮技术,可有效避免脱氮过程中外源有机物的添加,降低污水处理成本,减少二次污染.本文以MFC装置为平台,零价铁为阳极,附着生物膜的碳刷为阴极,组成零价铁自养反硝化装置.在控制变量的条件下,采用单因素试验法探究不同起始pH（5~9）、不同外接电阻（50~2000 Ω）、不同阴极电导率（0~232 g·L^-1）和不同起始基质浓度（42~800 mg·L^-1）对零价铁自养反硝化效能和MFC产电性能的影响.结果表明,以脱氮作为首要目标,产电作为次要目标时,零价铁生物自养反硝化体系最佳起始pH为7,最佳起始硝氮浓度为200 mg?L^-1,最佳阴极电导率为添加116 g·L^-1,最佳外接电阻为1000 Ω.对自养反硝化效能影响因素的探究将有助于优化反应条件,探明碳阴极生物脱氮过程的主要干扰因素,提升生物自养反硝化技术效能.     

噬菌体编码的抗生素抗性基因研究进展

噬菌体作为地球上丰度最高的生物体,对于全球生态系统的微生物群落组成与动态,生物地球化学循环和细菌进化等都具有重要作用,但噬菌体对抗生素抗性的贡献还所知甚少.通过宏基因组测序和定量PCR等技术,发现了海洋,河流,土壤,动物肠道等环境的噬菌体基因组中存在多种耐药基因(antibiotic resistance genes,ARGs).因此,噬菌体及其介导的转导作用可能对ARGs的富集扩散发挥着重要作用.本文综述了不同环境介质的噬菌体基因组中ARGs的分布特征以及噬菌体介导的ARGs水平转移的研究进展,同时展望了为阐明噬菌体对抗生素抗性贡献需要解决的科学问题.本文将为了解噬菌体在ARGs传播扩散中的作用以及扩展对可移动抗性组的认知奠定基础.     

“鸡尾酒”式混合抗生素对细菌耐药性的影响

选择四环素、磺胺、磺胺增效剂3类常用抗生素, 以其对大肠杆菌(E. coli)的单一兴奋效应(hormesis)最大促进效应对应浓度(HC_max)配制等HC_max比的二元及三元混合体系, 探究混合体系对细菌生长和耐药性(突变、质粒接合转移)的联合效应.结果表明, 二元混合抗生素对E. coli生长和接合转移频率起到协同抑制, 对E. coli的突变频率起协同刺激; 三元混合抗菌剂对这三种效应均协同抑制.因此, 推测二元混合体系会导致毒性和耐药性风险同时增加; 三元混合体系会导致毒性风险增加、耐药性风险降低.     

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.     

Herbicide promotes the conjugative transfer of multi-resistance genes by facilitating cellular contact and plasmid transfer

The global dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs), especially via plasmid-mediated horizontal transfer, is becoming a pervasive health threat. While our previous study found that herbicides can accelerate the horizontal gene transfer (HGT) of ARGs in soil bacteria, the underlying mechanisms by which herbicides promote the HGT of ARGs across and within bacterial genera are still unclear. Here, the underlying mechanism associated with herbicide-promoted HGT was analyzed by detecting intracellular reactive oxygen species (ROS) production, extracellular polymeric substance composition, cell membrane integrity and proton motive force combined with genome-wide RNA sequencing. Exposure to herbicides induced a series of the above bacterial responses to promote HGT except for the ROS response, including compact cell-to-cell contact by enhancing pilus-encoded gene expression and decreasing cell surface charge, increasing cell membrane permeability, and enhancing the proton motive force, providing additional power for DNA uptake. This study provides a mechanistic understanding of the risk of bacterial resistance spread promoted by herbicides, which elucidates a new perspective on nonantibiotic agrochemical acceleration of the HGT of ARGs.     

MnO2对煤粉中CaO固硫效率影响机理

采用热力学计算和实验方法对钙硫比n（CaO）/n（S）=2.0条件下不同钙基固硫剂的固硫效果进行了比较,发现：CaO的固硫效率最高。以CaO为固硫剂,研究了添加剂MnO2对CaO固硫效果的影响。结果表明,加入MnO2可以提高CaO的固硫效率,且其含量为1%时对CaO固硫的促进效果最佳。这是因为煤粉燃烧过程中MnO2将逐级分解,分解产物依次为Mn2O3和Mn3O4,锰的氧化物一方面可以催化CaO的固硫反应,另一方面,Mn3O4本身也参与到固硫反应之中,生成MnSO4,从而促进钙基固硫剂的固硫效果。     

生物淋滤改善城市污泥的脱水性能

污水处理过程中产生大量剩余污泥,使得污泥脱水逐渐成为污泥处理的关键环节。本研究采用生物淋滤方法处理城市污泥,改善污泥脱水性能。通过污泥比阻、滤饼含水率和离心脱水率的变化评价生物淋滤改善剩余污泥脱水性能的效能。综合考虑污泥脱水性能改善效果和运行成本,生物淋滤优化条件为:硫粉投加量3 g/L;Fe2+投加量4 g/L;接种物投加量(接种物与供试污泥的体积比,mL/mL)0.4。在优化条件下,污泥体系被酸化至pH为2.0左右需要36～48 h,淋滤污泥的比阻由1.26×1014 m/kg降至8.14×1012 m/kg,降低了93.54%,滤饼含水率从98.39%降至73.68%,同时污泥离心脱水率从72%提高到83%。回调淋滤污泥pH至6.0,污泥比阻继续降至8.27×1011 m/kg,污泥比阻降低99.34%,污泥从难脱水状态转化为易脱水状态。通过污泥体系中铁离子和污泥絮体特征的变化,分析生物淋滤改善污泥脱水性能的机理。作为底物投加的Fe2+在微生物氧化作用下快速转化为Fe3+。生物氧化产生的Fe3+的絮凝作用可能是生物淋滤改善污泥脱水性能的主要机理。     

贝壳粉型煤固硫剂固硫的实验及机理研究

以贝壳粉作为型煤固硫剂,用正交实验的方法研究了影响贝壳粉固硫率的主要影响因素,在高温(1 150℃)时固硫效率达到56.6%,比CaCO3的固硫率提高40%以上,具有较好的高温固硫性。分析得知,贝壳的主要成分为CaCO3,其含钙量在40%左右,贝壳中又含有较高的Na等碱金属元素以及Fe,Al和Si等。用X射线粉末衍射法分析了高温(1 150℃)型煤样生成的灰渣,分析了贝壳粉作为型煤固硫剂在高温下具有较高固硫率的机理。发现CaAlSi2O8为主的复合晶体在高温下包裹在CaSO4的表面,抑制了CaSO4的热分解从而有效地提高了固硫率。     

粉煤灰烧制陶粒过程中二氧化硫的释放规律与形成机理

研究了粉煤灰烧制陶粒过程中烟气二氧化硫的释放规律,同时对烧结前后粉煤灰与陶粒中不同形态硫含量和硫平衡进行了分析,探讨了烟气中二氧化硫的来源和转化机理.结果表明,烟气中约55％的二氧化硫来源于硫酸盐的还原,其余主要来自有机硫燃烧和亚硫酸盐的分解.烧制每千克陶粒所产生的二氧化硫量约为7.8g.高温烧结过程中粉煤灰球内形成的还原性气氛导致了粉煤灰中硫酸盐向二氧化硫的还原转化.     

樱桃萝卜对抗生素的富集及其潜在风险

为探究土壤抗生素污染的潜在生态和健康风险,于2021年6～9月进行温室土培樱桃萝卜试验,每隔6d向土壤中施用土霉素(OTC)或链霉素(STR)污水,并对其中生长的樱桃萝卜的生物量、萝卜组织抗生素含量和菌群耐药性进行分析.同时,通过风险商法、摄入量计算和小鼠饲喂试验对萝卜植株残留的抗生素和抗性细菌的潜在人体健康风险进行评估.结果表明,与未施用抗生素对照组相比,OTC的连续施用在第74d显著促进了萝卜植株生长,使其总生物量提高了23.1%,而STR的连续施用对萝卜植株的生长并无显著影响;萝卜植株对土壤中施入的两种抗生素均有一定的富集能力,STR在组织中的残留量高于的OTC1～2个数量级,抗生素在植物生长初期主要富集在叶中,生长后期在肉质根根颈部中的富集量显著增加(P<0.05);抗生素的施用使萝卜植株组织中可培养OTC和STR抗性细菌占总可培养细菌的比率分别增加了2.48×10^-6%～5.05×10^-4%和0.19%～3.32%;食用经抗生素暴露后的萝卜肉质根根颈部可增加机体对抗生素和抗生素抗性细菌的摄入量,但其健康风险较低(评估的风险商指...