石化废水处理厂中耐药菌和耐药基因的分布特征与去除效能解析

抗生素耐药性污染已成为全球新兴环境问题之一.本研究选取某座石化废水处理厂,对耐药菌（ARB）和3种形态耐药基因（ARGs）：细胞内耐药基因（iARGs）、细胞外附着态耐药基因（aeARGs）和游离态耐药基因（feARGs）的分布特征与去除效能开展研究.结果表明,废水处理厂中检出四环素、磺胺和氨苄西林这3类ARB,其绝对浓度为8.45×10²~2.38×10⁵ CFU·mL^-1.厌氧处理可使这3类ARB绝对浓度下降0.04 lg~0.21 lg;曝气和沉淀处理对ARB的影响因其类型而异;出水ARB绝对浓度高出进水水平0.12 lg~0.63 lg.活性污泥中aeARGs和iARGs绝对丰度分别为1.96×10⁷~3.02×10¹⁰ copies·g^-1和5.22×10⁷~4.15×10¹⁰ copies·g^-1;而废水中feARGs绝对丰度为5.90×10⁸~1.01×10¹² copies·L^-1.厌氧处理可去除0.13 lg~0.65 lg aeARGs和0.04 lg~0.28 lg iARGs;曝气和沉淀处理对aeARGs和iARGs的去除效果受ARGs类型和形态影响;出水中feARGs绝对丰度较进水升高0.06 lg~0.81 lg.冗余分析表明,ARB浓度与COD、Cl^-和总氮浓度显著正相关（P<0.05）;aeARGs丰度与COD和总氮浓度显著正相关（P<0.05）;iARGs和feARGs丰度均与重金属浓度显著正相关（P<0.05）.本研究证实了石化废水处理厂具有ARB和不同形态ARGs的富集风险,并为特种工业废水耐药性污染研究与防治提供理论基础.     

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.     

施肥对农田土壤抗生素抗性基因影响的整合分析

探讨施肥措施对农田土壤中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,为了解和掌握农田土壤中ARGs的来源与积累特征,制定保障生态环境安全和人类健康的管理策略提供科学依据.通过收集近20年(2000～2020年)来已发表的文献,获得独立实验条件下农田土壤ARGs数量和相对丰度匹配数据215组和201组.结果表明,与不施肥相比,配施...     

Effective removal of antibiotic resistance genes and potential links with archaeal communities during vacuum-type composting and positive-pressure composting

As a major reservoir of antibiotics, animal manure contributes a lot to the augmented environmental pressure of antibiotic resistance genes (ARGs). This might be the first study to explore the effects of different ventilation types on the control of ARGs and to identify the relationships between archaeal communities and ARGs during the composting of dairy manure. Several ARGs were quantified via Real-time qPCR and microbial communities including bacteria and archaea were analyzed by High-throughput sequencing during vacuum-type composting (VTC) and positive-pressure composting (PPC). The total detected ARGs and class I integrase gene (intI1) under VTC were significantly lower than that under PPC during each stage of the composting (p < 0.001). The relative abundance of potential human pathogenic bacteria (HPB) which were identified based on sequencing information and correlation analysis decreased by 74.6% and 91.4% at the end of PPC and VTC, respectively. The composition of archaeal communities indicated that methane-producing archaea including Methanobrevibacter, Methanocorpusculum and Methanosphaera were dominant throughout the composting. Redundancy analysis suggested that Methanobrevibacter and Methanocorpusculum were positively correlated with all of the detected ARGs. Network analysis determined that the possible hosts of ARGs were different under VTC and PPC, and provided new sights about potential links between archaea and ARGs. Our results showed better performance of VTC in reducing ARGs and potential HPB and demonstrated that some archaea could also be influential hosts of ARGs, and caution the risks of archaea carrying ARGs.     

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.     

鸡粪和猪粪生物发酵过程中抗生素抗性基因的动态变化

畜禽粪便是储存和传播抗生素抗性基因(ARGs)的主要载体.为明确鸡粪和猪粪堆肥过程中ARGs和MGEs相对丰度的变化及影响其消减的关键环境因子,探索减少畜禽粪便堆肥中ARGs含量并降低其污染风险的有效方法,采用实时荧光定量PCR技术和16S rRNA高通量测序技术,测定了鸡粪和猪粪好氧堆肥75 d的过程中,不同阶段10种ARGs和7种可移动遗传元件(MGEs)的丰度变化和细菌群落变化,分析了ARGs和MGEs与细菌群落的相关性和堆体理化性质(温度、含水率、 pH和DOC)变化对ARGs和MGEs丰度的影响.结果表明,猪粪(PM)中ARGs和MGEs丰度显著高于鸡粪(CM).堆肥结束后,两种堆肥中9种ARGs和5种MGEs的相对丰度均显著降低,其中CM中3种ARGs(tetM、tetT和aacA)和4种MGEs(ISEcp1、IS1216、IS613和tnp614)的去除率达到99%; PM中9种ARGs[tetB(P)、tetL、tetM、tetO、tetT、aacA、aadD、aphA3和sat4]及4种MGEs(ISEcp1、IS26、IS1216和tnp614)去除率均达到99%...     

废水处理系统中抗生素抗性基因分布特征

废水处理厂被认为是抗生素抗性基因(ARGs)的重要污染源.为探究抗性基因在进水状况复杂的废水处理厂沿程的分布变化特征,选取以生产抗生素为主导行业的某化工园区废水处理厂,使用实时荧光定量PCR对废水处理厂沿程ARGs的种类、丰度变化进行研究.结果表明,废水处理厂水体中检出16种ARGs,四环素类、磺胺类ARGs为废水处理厂中占主导的抗性基因,并检出可移动遗传元件int I1,其丰度与磺胺类抗性基因的丰度(P 0. 05,r 0. 95)存在相关性,表明可移动遗传元件int I1可能促进了磺胺类抗性基因的迁移和转化.园区医药企业以合成大环内酯类抗生素为主,由于选择性压力,园区废水中,erm B抗性基因的绝对丰度远远高于其他废水中erm B的绝对丰度.废水经过废水处理厂生物处理工艺,总ARGs绝对丰度下降了1. 16个数量级,经过芬顿工艺处理后,总ARGs绝对丰度下降了2. 46个数量级,表明该废水处理工艺中深度处理工艺对ARGs的去除效果优于生物处理.高浓度、可移动的ARGs已经存在于水体中,如果没有得到有效治理,从废水处理厂排出,将给环境带来高度风险.     

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.     

我国不同利用方式土壤的磺胺类和大环内酯类抗生素抗性基因积累

为揭示农用土壤中抗生素抗性基因（ARGs）和可移动元件的积累和分布特征,应用普通PCR和荧光定量PCR技术对我国具有代表性的14个地区的不同利用方式和种植年限土壤进行磺胺类（sul1、sul2）、大环素内酯类（ermB、mefA）的ARGs和整合子（intl1）的定性和定量分析.结果表明,在不同利用方式土壤中sul1、sul2和intl1的检出率均为100%,在设施菜田土壤中ermB和mefA的检出率也为100%,而在露地菜田和粮田土壤中ermB的检出率为94%,mefA的检出率分别为92%、90%.磺胺类和大环内酯类ARGs的绝对丰度在黑龙江地区种植15 a的设施土壤中最高,intl1的绝对丰度在内蒙古地区种植15 a的设施土壤中最高.各地区种植3、7和15 a设施菜田土壤中sul1、sul2、ermB、mefA和intl1的绝对丰度显著高于相同年限下的露地菜田和粮田土壤,设施菜田7 a和15 a土壤中ARGs和intl1的绝对丰度显著高于3 a土壤.除露地菜田土壤sul1和sul2外,露地菜田和粮田土壤中的ARGs和intl1与土壤种植年限无显著相关性,而设施菜田土壤中ARGs和intl1的绝对丰度与种植年限呈显著正相关.相关性分析表明,磺胺类和大环内酯类ARGs的丰度与intl1的丰度呈显著正相关.研究可为农业安全生产提供参考,也进一步为食品安全提供有力支撑.     

Co-occurrence of genes for antibiotic resistance and arsenic biotransformation in paddy soils

Paddy soils are potential hotspots of combined contamination with arsenic (As) and antibiotics, which may induce co-selection of antibiotic resistance genes (ARGs) and As biotransformation genes (ABGs), resulting in dissemination of antimicrobial resistance and modification in As biogeochemical cycling. So far, little information is available for these co-selection processes and specific patterns between ABGs and ARGs in paddy soils. Here, the 16S rRNA amplicon sequencing and high-throughput quantitative PCR and network analysis were employed to investigate the dynamic response of ABGs and ARGs to As stress and manure application. The results showed that As stress increased the abundance of ARGs and mobile genetic elements (MGEs), resulting in dissemination risk of antimicrobial resistance. Manure amendment increased the abundance of ABGs, enhanced As mobilization and methylation in paddy soil, posing risk to food safety. The frequency of the co-occurrence between ABGs and ARGs, the host bacteria carrying both ARGs and ABGs were increased by As or manure treatment, and remarkably boosted in soils amended with both As and manure. Multidrug resistance genes were found to have the preference to be co-selected with ABGs, which was one of the dominant co-occurring ARGs in all treatments, and manure amendment increased the frequency of Macrolide-Lincosamide-Streptogramin B resistance (MLSB) to co-occur with ABGs. Bacillus and Clostridium of Firmicutes are the dominant host bacteria carrying both ABGs and ARGs in paddy soils. This study would extend our understanding on the co-selection between genes for antibiotics and metals, also unveil the hidden environmental effects of combined pollution.     

Metagenomic insights into the profile of antibiotic resistomes in sediments of aquaculture wastewater treatment system

To meet the rapidly growing global demand for aquaculture products, large amounts of antibiotics were used in aquaculture, which might accelerate the evolution of antibioticresistant bacteria(ARB) and the propagation of antibiotic genes(ARGs). In our research, we revealed the ARGs profiles, their co-occurrence with mobile genetic elements(MGEs), and potential hosts in sediments of a crab pond wastewater purification system based on metagenomic analysis. The residual antibiotic seems to increase ...     

再生水补给型城市景观水体中抗生素抗性基因的污染特征——以圆明园为例

由于抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)对环境和人类健康存在潜在威胁而逐渐受到人们的重视,高人口密度城市中典型景观水体是ARGs储存库和传播媒介.本研究采用实时荧光定量PCR技术,研究了圆明园不同点位的ARGs污染情况和分布特征.结果表明:园区中ARGs的绝对丰度范围在n.d.(未检出)～1.08×10~9copies·L~(-1)之间;园区进水口目标ARGs的丰度低于末端,表明封闭的水体可能为ARGs的积累提供了理想培养基.在所检测基因中,磺胺类ARGs占主导,ARGs的绝对丰度依次为:sulIIsulImefAtetQtetMermB.磺胺类ARGs与指示微生物粪大肠菌群和大肠杆菌间存在显著相关性,表明指示微生物在ARGs的传播中可能起着关键作用.     

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.     

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.     

渔业复垦塌陷地抗生素抗性基因与微生物群落

水产养殖行业抗生素的广泛使用引起了抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）污染问题.为探究渔业复垦塌陷地ARGs污染特征,利用宏基因组学技术检测分析了渔业复垦塌陷地ARGs的相对丰度和微生物群落结构.研究区域共检测出29种ARGs,bacA在所有样品中相对丰度最高,达1.96×10^-5~1.19×10^-4.沉积物中磺胺类和四环素类ARGs相对丰度较高,井水中多药类ARGs相对丰度较高.微生物群落结构表明变形菌门（Proteobacteria）在所有样品中为最优势细菌门,沉积物中绿弯菌门（Chloroflexi）和广古菌门（Euryarchaeota）较为优势.属水平上,硫杆菌属（Thiobacillus）为沉积物中最优势细菌属,不动杆菌属（Acinetobacter）和假单胞菌属（Pseudomonas）为井水中优势细菌属.ARGs与微生物相关性分析表明,菌属与ARGs间主要呈中度相关,多种菌属与ARGs显著正相关,ARGs的分布受微生物群落结构的重要影响.渔业复垦塌陷地沉积物与井水均受到ARGs污染,应加强相应控制措施保护区域环境.     

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.     

紫色土丘陵区畜禽养殖场土壤中抗生素抗性基因分布特征

鉴于紫色土高垦殖丘陵区土壤中抗生素抗性基因的潜在生态环境风险,本研究采用高通量荧光定量PCR技术,分析了抗生素抗性基因在不同类型畜禽养殖场(养猪场、养鸡场和养牛场)土壤中的丰度和多样性.结果表明,3种养殖场土壤中共检出79种抗生素抗性基因和5种可移动基因元件,其中多重耐药类基因是养殖场土壤中丰度最高的耐药基因.不同养殖场土壤中抗生素抗性基因的丰度和多样性均表现为养鸡场和养猪场样品高于养牛场土壤,且3种养殖场土壤样品中的抗性基因表现出不同的类别分布特征.养殖场土壤中较高的可移动基因元件丰度,及其与抗生素抗性基因丰度显著的相关性(P0. 05)说明,可移动基因元件可能促进了抗生素抗性基因在养殖场土壤中的迁移和扩散.     

微塑料对河水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型污染物,两者的复合污染引发了一定的生态环境风险,成为近年的研究热点.本文采集了城市郊区河水,添加不易降解微塑料(聚氯乙烯,PVC)和水溶性微塑料(聚乙烯醇,PVA)进行曝气培养实验,采用高通量定量PCR技术,研究微塑料对河水抗生素抗性基因的影响.结果表明,空白对照河水、添加PVC的河水和添加PVA的河水抗性基因种类数分别为71、 87和95种,微塑料的存在显著增加了河水抗生素抗性基因种类,进而可能增加河流生态风险;曝气培养的河水中抗性基因的种类数和丰度有所减少,但是相对于空白对照组(2.8×10⁹ copies·L^-1),添加具有水溶性的微塑料仍能显著增加河水抗性基因丰度(8.1×10⁹ copies·L^-1),并且抗生素抗性基因丰度与可移动遗传元件呈显著正相关关系,说明可移动遗传元件可能通过基因横向转移机制影响抗生素抗性基因的赋存与演变.     

北京地区菜田土壤抗生素抗性基因的分布特征

为研究北京地区菜田土壤抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的污染状况和分布特征,采集了11个长期施用粪肥蔬菜基地的温室土壤和大田土壤,进行了抗生素以及ARGs种类和丰度的检测.结果表明,菜田土壤中四环素类抗生素残留量最高,其次为磺胺类抗生素,温室土壤抗生素残留普遍高于大田土壤.温室和大田土壤磺胺类抗性基因sul1、sul2和四环素类抗性基因tet L的检出率均为100%.温室土壤的Ⅰ类整合子(int I1)检出率比大田土壤高1.5倍.定量PCR的检测结果表明,菜田土壤中sul2和tet L的相对丰度介于10-4~10-2之间,温室土壤sul2和tet L的相对丰度普遍高于大田土壤.sul2的相对丰度与磺胺二甲嘧啶和强力霉素的含量显著正相关(P0.05),tet L相对丰度与抗生素含量无明显相关性(P0.05).本研究结果对于掌握北京地区农田土壤ARGs的污染现状,以及从ARGs角度评估农艺措施具有重要的指导意义.     

长期施用猪粪水稻土抗生素抗性基因污染研究

为了全面研究猪粪有机肥对水稻土抗生素抗性及分布格局的影响,选择295对抗生素抗性基因引物,采用高通量荧光定量PCR对水稻土中的抗生素抗性基因污染情况进行了研究.结果表明,未施用猪粪水稻土检测出66种抗性基因,而施用猪粪水稻土则检测出107种抗生素抗性基因,施用猪粪后水稻土中抗生素抗性基因种类显著增加(P<0.05).相对于未施用猪粪水稻土,施用猪粪水稻土有49种抗生素抗性基因丰度显著增加(P<0.05),其中施用猪粪水稻土中喹诺酮类/氯霉素类抗性基因的mexF的丰度相对于未施用猪粪水稻土增加1791倍.高通量定量结果表明,施用猪粪的水稻土抗生素抗性基因分布格局发生显著变化,高通量定量技术是研究环境抗生素抗性基因的一个非常实用的工具.