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.     

氯和紫外消毒过程中胞外抗性基因的产生特征

考察了城市污水氯和紫外消毒过程中不同物理形态的胞外抗性基因的产生行为与及微生物群落的关联特征.结果表明,氯消毒尽管使胞内抗性基因丰度下降,但使结合型胞外抗性基因丰度明显上升（0.7±0.1）log,而游离型胞外抗性基因丰度下降（0.2±0.1）log.紫外消毒也使胞内抗性基因下降,但使游离型胞外抗性基因显著上升（0.4±0.2）log,而结合型胞外抗性基因丰度下降（0.3±0.1）log.氯消毒后,结合型胞外DNA（a-eDNA）中变形菌门丰度下降而其他菌门的丰度上升,细菌多样性指数由4.2上升到4.7;而游离型胞外DNA（f-eDNA）中变形菌门上升了6.6%,多样性指数则从3.5降低到2.8.紫外消毒后,a-eDNA中变形菌门丰度下降了36.6%,多样性则上升到4.8,而f-eDNA中细菌丰度变化较小.分子生态网络分析揭示了抗性基因与细菌间广泛的寄存关系,tetA、tetX、sulI和sulII分别与17、15、15和5种菌属间存在共现性,表明抗性基因潜在宿主的变化是导致消毒后胞外抗性基因产生的关键原因.本研究表明氯和紫外消毒不能消除抗性基因风险,反而通过导致不同胞外抗性基因的大量产生,使风险的形式发生变化.     

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.     

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.     

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.     

微生物在多孔介质中环境行为研究

多孔介质中的致病细菌及病毒等病原微生物迁移研究对保护饮用水资源具有重要意义.在归纳总结国内外已有研究资料的基础上,对微生物在多孔介质中迁移行为进行了分析.研究表明病原微生物作为生物胶体的一种,在迁移过程中受多种迁移机制共同作用.除常见水动力条件和水化学条件外,微生物在迁移过程中还受自身性质,介质颗粒及环境因素的影响.在此基础上,分别讨论了微生物在饱和多孔介质与非饱和多孔介质中的迁移行为,并对近年来研究热点及进展进行了简要概括.目前微生物在地下水中迁移研究日益丰富,但由于地下环境复杂性,微生物的易变异性,对于地下水系统中微生物造成的污染去除修复还需进一步探讨.     

不同构型人工湿地基质中土著菌的耐药性及整合子丰度调查

采用Kirby-Bauer纸片琼脂扩散法分析了夏、冬季节9个不同构型人工湿地中的葡萄球菌(Staphylococcus)、假单胞菌(Pseudomonas)两种土著菌对7种常用抗生素的耐药性,并通过荧光定量PCR检测人工湿地基质中Ⅰ型整合子(int1)的丰度.结果表明,共分离出的522株葡萄球菌和543株假单胞菌,约84%的菌株对所测试的抗生素具有耐药性,多重耐药率达到68%以上,MRI指数平均为0.22,与某些环境中人源或动物源细菌耐药水平相当,表明人工湿地基质土著菌具有较高水平的耐药性;两种土著菌对氨苄西林和复方新诺明的耐药率较高,四环素、庆大霉素和环丙沙星的耐药率均极低(3%),而对头孢他啶和氯霉素的耐药性呈现差别.湿地基质中int1基因的浓度为1.14×105~5.66×105copies·g-1,其相对丰度为0.54%~3.68%.季节和湿地工艺对细菌耐药和整合酶基因分布有较大影响.夏季2种细菌的抗生素耐药率、多重耐药指数和int1丰度均显著高于冬季;下行垂直流湿地中的抗生素耐药率、多重耐药指数(MRI)最高,而在水平潜流湿地中int1丰度最高.研究表明人工湿地基质的土著菌长期暴露在一定浓度抗生素和耐药肠道菌的生活污水环境下获得了耐药性,人工湿地中抗生素耐药菌和耐药基因的污染及环境风险不容忽视.     

抗生素在地下环境中的淋溶迁移能力分析

文章在总结归类环境中抗生素的基础上,按物理化学以及药物性质对抗生素进行分类,筛选出含列于EPA中的优先控制污染物,计算各种抗生素的地下水污染指数GUS值并估算各类抗生素的淋溶迁移性。同时,结合水文地质条件,总结出地下环境中影响抗生素淋溶迁移及污染地下水的影响因素。结果显示,在总结出18类196种抗生素(除复合类药物之外)中,可计算地下水污染指数GUS值的抗生素133种,含列于EPA优先控制污染物的抗生素有97种;具有高淋溶迁移性的抗生素有123种,占所有抗生素的62.76%。土壤溶液中抗生素浓度和抗生素本身物理化学性质以及土壤类型、土壤pH值、有机质含量、植物覆盖情况等场地水文地质条件是影响抗生素淋溶迁移的重要影响因素。     

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.     

城区第四系沉积柱中抗生素的垂向分布特征及环境影响因素

抗生素从地表向地下迁移时,容易通过水-岩相互作用残留于沉积物中,给地下水带来二次释放的风险.为探究抗生素的垂向分布特征和环境影响因子,于医院附近钻孔并分层采集了5个30 m第四系沉积柱,测试分析了5大类抗生素和磺胺代谢物.结果表明：(1)沉积物中抗生素含量范围为3.05～107.03μg·kg^-1,除洛美沙星外,其他所有目标抗生素均有检出,其中氧氟沙星和土霉素是研究区最主要的抗生素;(2)抗生素在垂向上并不呈现严格的下降趋势,而是随着岩性层位的变化而变化;(3)抗生素主要赋存在黏粒沉积物中,并随地下水位的波动而变化;(4)抗生素与环境因子的冗余分析结果表明,pH和TOC通过影响沉积物对抗生素的吸附作用来控制抗生素的迁移转化.医院废水渗漏对地下环境带来的抗生素污染的风险应引起重视.     

微塑料对河口沉积物抗生素抗性基因的影响

微塑料和抗生素抗性基因都是环境中的新兴污染物,也是近年来的研究热点.为探究微塑料对河口沉积物抗生素抗性基因的影响,在沉积物中添加3种不同的微塑料进行培养实验,主要采用高通量定量PCR方法研究河口沉积物抗性基因种类、丰度、多样性及其变化情况.结果表明,微塑料显著改变了沉积物中抗生素抗性基因结构组成,两种难降解微塑料PVC和PE使得沉积物抗生素抗性基因组成结构显著改变,而可溶性微塑料PVA使得沉积物抗生素抗性基因种类数显著减少;添加PVC、PE和PVA微塑料的沉积物抗生素抗性基因的绝对丰度显著增加,分别为4. 1×10~9、8. 1×10~9和2. 0×10~9copies·g~(-1),添加PE微塑料的沉积物抗生素抗性基因丰度增加了近一个数量级,微塑料显著增加了沉积物抗生素抗性基因的绝对丰度; OLS回归分析显示,抗生素抗性基因丰度与转座子、整合子基因显著正相关,表明可移动遗传元件可能促进了抗生素抗性基因的迁移、传播和扩散.     

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.      

尾矿库水体环境抗生素抗性基因的分布特征

抗生素抗性基因是近年来人们普遍关注的新型环境生物污染物,也是科学家们研究的热点.为了探究尾矿库水体环境抗生素抗性基因的污染特征,揭示尾矿库水体环境抗生素抗性基因的影响因素,本文采用超高通量定量PCR 技术(HT-qPCR),研究了某尾矿库的4 个点位的水体抗生素抗性基因的多样性、丰度和驱动机制.结果表明,尾矿库水体环境...     

地下水溶质迁移规律研究概述

在地下水的相关研究中,地下水污染、土地盐碱化、海水入侵等诸多实际问题主要的研究方法都涉及地下水溶质迁移模拟。相比地下水水流模拟的相对完善,对溶质迁移的模拟比较薄弱且迁移过程本身复杂性较高,目前地下水溶质迁移的研究工作还处在全面发展的阶段。总结并阐述了目前溶质迁移模拟所使用的对流迁移、对流-弥散模拟等主要数值方法,并对这些方法的优缺点和应用实例进行总结分析。针对国内有关地下水金属迁移、胶体迁移、微生物作用、耦合作用等方面研究进行了概述,并在参数确定、裂隙介质运移机理和多相介质条件下运移模拟可能取得的突破进行分析。     

纳米乳化油修复硝酸盐污染地下水过程中的微生物特征模拟实验研究

为探寻纳米乳化油原位修复地下水硝酸盐氮污染过程中微生物堵塞的形成原因,本研究采用市售的反硝化细菌接种微生物,以纳米乳化油为碳源,中砂为介质,分别建立2组反应器进行模拟实验,分析不同反应器中硝氮的降解情况,同时采用MiSeq高通量测序技术表征不同反应器的微生物菌落结构和多样性.结果表明,纳米乳化油作为碳源具有良好的降解效果,添加纳米乳化油的反应器,反应周期内硝酸盐氮的总降解效率为91.76%,而对照反应器的降解效率仅为38.11%.在硝酸盐氮降解过程中,均存在以蛋白质和多糖为主的代谢产物胞外聚合物增加的趋势,且蛋白质的含量均显著高于多糖.反应结束时,实验组和对照组的胞外聚合物累积量分别为384.49 mg和279.45 mg,单位质量硝氮降解产生的胞外聚合物分别为1.79 mg·mg^-1和39.43 mg·mg^-1.高通量测序结果显示,添加纳米乳化油会引起细菌浓度的升高及细菌群落多样性的降低,但具有反硝化作用的微生物相对丰度增加.实验组和对照组反应器中共同的优势菌门为Proteobacteria、Bacteroidetes和Actinobacteria,相对丰度分别为73.35%、6.77%、8.49%及33.46%、47.15%、7.15%,纳米乳化油的添加会刺激Proteobacteria等具有较高反硝化作用的微生物增多,因此,以纳米乳化油作为碳源能够有效提高硝酸盐氮的降解效率,但与此同时纳米乳化油也会刺激微生物的生长及影响微生物群落演变.Sphingamonas、Rhodopseudomonas和Microbacterium菌属相对丰度增加,会引起粘性代谢产物增多,造成多孔介质渗透性下降和生物堵塞.     

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.     

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.     

典型抗生素在多孔介质中迁移特性的对比研究

为系统探究抗生素在饱和多孔介质中的迁移行为,选取两类典型抗生素—磺胺类（Sulfonamides, SAs）和氟喹诺酮类抗生素（Fluoroquinolones, FQs）,通过室内砂柱迁移实验,重点对比研究了水化学条件及介质粒径对两类抗生素迁移的影响.结果表明,不同种类抗生素在饱和石英砂多孔介质中的迁移特性不同.在实验pH（5.6~9.5）条件下,低解离常数使得SAs多以带负电形态出现,因静电斥力导致SAs在石英砂介质中具有强迁移能力,流出液中SAs回收率>97%;pH、离子强度（NaCl、CaCl₂）及介质粒径对抗生素的迁移无显著影响.FQs多呈阳离子形态及两性形态,受静电引力控制,FQs迁移能力相对较弱,但移动性随溶液pH升高而增大,NaCl和介质粒径对FQs迁移影响不显著,竞争吸附导致高浓度CaCl₂促进FQs迁移能力.本研究结果阐明了SAs和FQs在多孔介质中不同水化学条件（pH、NaCl及CaCl₂离子强度）下及不同介质粒径中的迁移过程,可为抗生素环境风险的预测和评估及污染修复提供指导.     

水产养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展

为摸清我国水产养殖环境抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes,ARGs）污染状况,统计了当前水产养殖环境水、沉积物和养殖对象中七大类抗性基因的赋存状况,进一步分析了影响其赋存的因素,对未来我国水产养殖ARGs污染研究进行了展望.水产养殖环境中ARGs主要以iDNA形式存在;磺胺类和四环素类抗性基因的丰度和检出率较高,被认为是水产养殖环境主要的ARGs,已受到当前研究的广泛关注;而喹诺酮类、氯霉素类、β-内酰胺类、大环内酯类和氨基糖苷类抗性基因报道的丰度和检出率相对较低.养殖过程中,养殖用药、饲料及养殖模式是影响水产养殖环境ARGs赋存的主要因素,但环境理化因子调节养殖环境ARGs的作用也不容忽视.     

基于文献计量学的农业种植环境中抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因(ARGs)已发展成为一类对人体健康和生态环境造成极大威胁的新污染物.研究表明ARGs会随着农产品等通过食物链进入畜禽动物或人体内，造成较大健康风险，然而目前关于农业种植环境中ARGs的系统研究仍明显不足.该文采用文献计量学方法，系统分析了近5年农业环境中ARGs的相关研究进展，并对其污染来源、赋存形态、迁移风险、影响因素和控制措施等进行了系统深入的研究.结果表明：农业环境中ARGs相关研究较少且不聚焦，有机肥/粪肥施用、生产生活污水灌溉、杀菌剂应用等生产方式导致农业种植环境中ARGs不断累积，逐渐成为抗生素耐药性发展的新兴属地.农业种植环境中，ARGs主要赋存于胞内DNA(iDNA)、胞外DNA(eDNA)、可移动遗传元件(MGEs)和胞外聚合物(EPS),eDNA的广泛分布和EPS的稳定性导致ARGs持续积累. ARGs的水平转移和扩散风险主要归因于MGEs的迁移、iDNA的细菌间转导、eDNA的自然转化和EPS的物质交换等过程，并受不同农地利用模式下土壤理化性质、养分状态、抗生素及其他污染物等多重因素的影响，土壤盐渍化、养分和污染物富集等过程会加剧抗生素耐药性传播风...