中国近岸海洋和海岛环境中抗生素抗性基因的研究进展

抗生素在不同领域被大量使用甚至滥用,未被利用的抗生素会经过不同途径进入环境,导致抗生素抗性菌（antibiotic-resistant bacteria,ARBs）和抗生素抗性基因（antibiotic resistant genes,ARGs）广泛传播。ARGs作为新型环境污染物被广泛关注,成为全球性的环境问题。本文综述了中国近岸海洋与海岛环境中ARGs的赋存状况,分析了ARGs在海岛环境与近岸海洋环境中的赋存特征差异,并对海岛(海南岛)ARGs的研究提出建议。     

人工湿地去除抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的污染现状和危害逐渐受到重视.常规的水处理工艺在减少抗生素耐药菌（ARB）方面表现出非常好的效果.然而,即使在消毒过程中ARB完全失活,产生游离的ARGs也可能通过转化或转导等手段整合到其他微生物体内,使ARGs在环境中传播和扩散.因此,需要有特定的工艺处理废水中的ARGs.人工湿地是目前有效且经济环保的废水处理工艺,并且已有大量研究表明在去除抗生素和ARGs方面有显著效果.通过综述目前国内外人工湿地水处理系统对ARGs的去除效率的研究进展,结果表明,潜流人工湿地相较于表面流人工湿地对ARGs的去除效率更高.人工湿地对ARGs的去除效率因人工湿地强化类型、植物、温度和pH等因素而异,在去除环境中ARGs的应用有广阔的前景,同时也面临挑战.     

厌氧消化对餐厨垃圾中抗性基因消减作用研究进展

餐厨垃圾是抗生素抗性基因（ARGs）重要的储存库,其资源化利用存在潜在的环境风险. 厌氧消化（AD）技术可同时实现资源回收和ARGs去除,是当前主要的餐厨垃圾资源化技术. 但AD对ARGs的去除能力有限,沼渣农用的安全性仍受到质疑. 如何提高AD过程中ARGs的去除效果是实现餐厨垃圾高效安全生物转化的关键. 总结了ARGs在餐厨垃圾中的传播途径与机制,讨论了AD过程不同工艺参数对餐厨垃圾中ARGs传播的影响,阐述了外源添加剂及原料预处理等策略强化ARGs去除的研究进展,分析了ARGs在餐厨垃圾AD过程中的迁移规律和去除机制,主要包括微生物群落结构演替、可移动遗传元件变化和环境因素变化. 最后,在已有研究基础上对未来提升餐厨垃圾AD过程中甲烷产率和ARGs去除效果进行了展望并提出建议.     

厌氧消化对抗生素抗性基因消减作用研究进展

由于抗生素滥用而诱导出的抗生素抗性基因（ARGs）是一类新型环境污染物。ARGs在环境中的传播和扩散能力极强,其能够使细菌产生耐药性,对环境具有极大的生态风险,因此必须消减或去除环境中的ARGs。厌氧消化（AD）是一种将有机废弃物进行资源化利用且应用非常广泛的重要技术。研究表明,有机废弃物中很多抗性基因在AD处理后的丰度明显下降,说明AD过程对ARGs具有一定的去除效果。因此,AD可在转化有机废弃物为清洁能源的同时能够消减ARGs,对ARGs在环境中的传播扩散具有一定的控制作用。结合最新研究对AD消减ARGs的影响因素进行了成果总结,其中包括发酵条件设定、物料预处理、促进剂和抑制剂等因素,为AD高效消减ARGs提供理论参考。     

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.     

厦门市近岸海域水环境抗生素抗性基因污染分布特征

海岸带及毗连海岛是人类经济社会发展的热点区域,城市化、工业化和农业活动等人类活动对近岸海域水环境生态环境产生了深刻的影响. 抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新污染物,是当前水生态安全研究和公共关注的热点,但是近岸海域水环境ARGs污染研究比较匮乏. 基于厦门市近岸海域地理环境特征,采用高通量定量PCR技术,深入研究了近岸海域水环境中抗生素抗性基因的种类丰度水平和分布格局. 并结合16S rDNA基因扩增子测序方法,探究了水体环境微生物群落结构与组成,深入阐释了近岸海域抗生素抗性基因的影响因素和赋存变化机制. 结果表明,近岸海域水体环境总共检测出187种抗生素抗性基因,丰度水平高达1.29×10¹⁰ copies·L^-1,多重耐药类、氨基糖苷类和β内酰胺类是厦门市近岸海域水体环境最主要的3大类抗生素抗性基因,整体上呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,近岸海域水环境是抗生素抗性基因分布的重要热区和储存库;Nautella、Candidatus、Tenacibaculum、Rubripirellula和Woeseia等22种微生物是相应16种抗生素抗性基因的潜在携带者,可移动遗传元件（MGEs）和微生物群落结构对近岸海域水体环境抗性基因变化的综合解释量达到了93.9%,说明微生物群落及其可移动遗传元件是近岸海域水体抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力. 以上研究结果说明,厦门市近岸海域水体环境抗生素抗性基因具有潜在的水生态安全及人类健康风险,能够为近岸海域水体环境微生物及ARGs污染控制提供科学支撑.     

污水处理过程逸散的生物气溶胶抗生素抗性分析

为探究污水处理厂生物气溶胶负载抗生素抗性基因（ARGs）和抗生素抗性致病菌（PARB）的赋存及来源.利用宏基因组测序与组装技术对山东省某污水处理厂生物气溶胶及污水样本的抗生素抗性基因组进行检测.结果表明,相比于上风向,污水处理厂和下风向生物气溶胶中具有更多的ARGs亚型种类数和更高丰度的PARB.污水处理厂生物气溶胶中主导的ARGs主型和亚型分别为多药类ARGs和macB. 37种PARB携带至少两种及以上的ARGs主型,表现出多重耐药性.对于细格栅、好氧池和污泥脱水间生物气溶胶样本,污水是ARGs和PARB最主要的来源.共检测到铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和大肠埃希氏菌（Escherichia coli）等32种PARB在至少1个污水处理单元极易气溶胶化.研究将为污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染风险评估及健康保障提供理论支持.     

抗生素抗性基因在两级废水处理系统中的分布和去除

废水处理系统被认为是水环境中抗生素抗性基因(ARGs)的重要污染源.为探究ARGs在废水处理系统中的分布特征和去除情况,选取某精细化工园区内的制药废水处理系统和园区综合性废水处理系统,使用PCR和实时荧光定量PCR对不同处理单元中ARGs的存在情况和丰度变化进行研究.在两个系统进水中分别检出了10种和15种ARGs,其中以四环素类和磺胺类ARGs居多,并首次检出了dfrA13基因.进水中sulⅠ和sulⅡ基因的丰度最高,随后依次是dfrA13、tetQ、floR、tetO和tetW基因.制药废水处理系统使总ARGs浓度上升了0.21个数量级,出水汇入园区综合性废水处理系统再次处理,其对综合性废水处理系统进水中总ARGs的贡献率为5.05%.综合性废水处理系统使总ARGs浓度下降了1.03个数量级,残留ARGs同最终出水一起直接排海,对近海环境中微生物群落的潜在影响有待深入研究.     

两座污水处理系统中细胞态和游离态抗生素抗性基因的丰度特征

为探究污水处理系统中抗生素抗性基因(ARGs)、特别是胞外游离态ARGs的赋存特征,本研究选取生活污水处理系统和工业废水处理系统各一座,采用荧光定量PCR对细胞态及游离态ARGs丰度变化开展研究.在生活污水处理系统M中,进水sulⅡ、tet C、bla PSE-1和erm B这4种ARGs细胞态的绝对丰度均大幅高于游离态的绝对丰度,生物处理未对抗生素抗性菌(ARBs)产生富集效应;MBR的超滤膜有效削减了水中细胞态和游离态DNA,最终ARGs的总去除率为2.54~4.95 logs.在焦化废水处理系统C中,生物处理对携带sulⅡ的ARBs产生了富集效应,但游离态sulⅡ的相对丰度和绝对丰度均有所降低;其后混凝-砂滤工艺使水中细胞态和游离态sulⅡ的绝对丰度分别出现了下降和上升,游离态sulⅡ在总sulⅡ中的比例从生物处理出水中的0.05%,上升到混凝-砂滤出水中的1.33%,并在25℃恒温避光静置5d后进一步上升至9.31%.ARBs深度去除及残留细胞裂解,使污水处理系统出水中游离ARGs在总ARGs中的比例有所上升.游离态ARGs介导ARGs在污水处理系统出水受纳环境中的传播扩散风险有待后续研究进行深入评估.     

印染废水循环利用抗生素抗性基因丰度变化特性

城市污水处理系统中抗生素抗性基因（ARGs）分布研究较多,但是工业废水循环利用时ARGs丰度变化特性研究尚存不足.为此,本研究构建了印染废水循环利用系统,采用16S rDNA技术分析印染废水循环利用过程中微生物群落的变化特性,采用高通量测序技术表征ARGs丰度变化趋势.循环初期,活性污泥中共检出9大类52种ARGs,其中β-内酰胺类（β-lactam）抗性基因的相对丰度最高.循环过程中,芳烃类污染物浓度随循环次数的增加而升高,β-内酰胺类抗性基因丰度则先升高后降低再升高（第100 d,上升61.85%）.与此同时,与ARGs相关的Firmicutes、Actinobacteria和Cyanobacteria的丰度显著下降（降幅分别为84.66%、64.38%和85.15%）.超过21种ARGs受到芳烃类污染物富集的显著影响,其中,6种ARGs与芳烃类污染物的浓度变化极显著正相关,6种极显著负相关.这些结果表明,ARGs的丰度变化受微生物群落和芳烃类污染物的影响,在印染废水循环利用过程中呈现先上升后下降再上升的变化趋势.本研究揭示了印染废水循环利用过程中芳烃类污染物的富集与微生物群落的变化对ARGs的影响,对印染工业废水循环利用降低抗生素抗性基因对环境的污染提供了理论指导.     

东洞庭湖表层水体中抗生素及抗性基因的赋存特征与源分析

抗生素抗性基因（ARGs）是一类新兴污染物,广泛存在于多种环境介质中.湖泊水环境由于污染物循环速度低而可以长期储存ARGs.因此,ARGs领域的研究人员非常关注湖泊水环境的研究.然而,以往的研究多集中于湖泊内ARGs的污染水平,污染来源仍不确定.东洞庭湖是国家级自然保护区,在保护生态环境和调节长江洪水径流方面发挥着重要作用.为了探究东洞庭湖表层水体中抗生素及ARGs的赋存特征、分析ARGs与环境参数（如抗生素）之间的相关性以及了解陆地污染源对湖内ARGs的贡献,于2019年11月采集东洞庭湖表层水和陆地污染源（水产养殖区和污水处理厂）样品,利用超高效液相色谱串联质谱仪和荧光定量PCR技术分别检测抗生素和ARGs,同时测定水质参数并进行冗余分析.结果表明:①东洞庭湖表层水体中抗生素浓度水平处于ND（未检出）~486.59 ng/L,氧氟沙星浓度最高,且抗生素的浓度水平与周边污染源密切相关.②ARGs检出率均为100%,基因sul2的浓度高于其他基因,平均浓度为1.3×103 copies/mL,ARGs污染水平受到沿湖污染源的影响.③污水处理厂对ARGs具有一定的去除效果,然而,它们不能完全去除ARGs,甚至可能会增加ARGs传播的可能性,且污水处理厂出水ARGs对湖内ARGs的贡献远高于水产养殖区.④ARGs与抗生素的冗余分析结果符合ARGs在其对应抗生素选择性压力下的特征,对ARGs丰度影响最重要的4个水质参数分别为总磷（贡献率为28.9%）、电导率（贡献率为15.4%）、硝酸盐氮（贡献率为13.3%）和温度（贡献率为12.7%）.研究显示,氧氟沙星和罗红霉素是主要抗生素,磺胺类和四环素类抗性基因浓度水平较高,ARGs的丰度不仅与其对应抗生素的选择性压力有关,还与一些环境因素的压力密切相关.      

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.     

零价铁对污水处理厂ARGs归趋影响的研究进展

新型污染物抗生素抗性基因（ARGs）具有极大的生态和健康风险,污水处理厂是其重要的源汇之一;同时,零价铁（ZVI）作为一种强还原性物质,被广泛用于污水的强化处理且作用显著。该文基于现有研究,首先概述了污水处理厂中ARGs的赋存情况和传播机制;其次基于污水和污泥处理环节,评述了污水处理厂中ARGs行为对ZVI强化的处理技术（主要是生物和化学过程）的响应及相关机制,发现ZVI虽能选择性降低ARGs的丰度和多样性,但仍存在处理后出水ARGs丰度的回弹,目前新型ZVI（硫化ZVI、活性炭负载ZVI、银杏叶提取物修饰的纳米ZVI等）有望进一步提高ARGs消除效率并全面控制ARGs潜在风险。     

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.     

污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染特征

为探究污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性基因（ARGs）污染特征,在济南市某污水处理厂采用宏基因组测序技术对厂界内及周边生物气溶胶样本及污水或污泥样本进行分析.结果表明,相比于上风向,厂界内和下风向生物气溶胶具有更多的ARGs亚型种类数和更高的总相对丰度.厂界内与上风向生物气溶胶ARGs组成存在显著的差异性,差异度为47.57%;而厂界内与下风向生物气溶胶ARGs组成的差异性不显著,且差异度下降至33.98%.上风向背景空气和污水或污泥均是厂界内生物气溶胶ARGs的重要来源,两者总的源的贡献大于63.92%.共检测到43种ARGs亚型（8种ARGs主型）在至少一处污水处理单元极易负载于生物气溶胶颗粒逸出.本研究可为污水处理厂生物气溶胶抗生素抗性污染的风险评估和控制提供理论依据.     

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.     

黄河兰州段河岸带土壤中微生物与耐药基因的赋存特征

河岸带土壤是流域的重要组成部分,生物污染物赋存特性影响了流域水环境的污染治理.以农田、周山和工业用地为代表性土壤,探究黄河兰州段河岸带土壤中微生物群落结构、抗生素抗性基因（ARGs）及其遗传原件（MGEs）的赋存特征.结果表明,变形菌门、拟杆菌门和放线菌门为黄河兰州段河岸带土壤的优势菌门.河岸带土壤的微生物种群结构与土地利用类型存在相关性（P<0.05）.细菌群落的α多样性指数由大到小依次为：农田>周山>工业.定量PCR结果表明,磺胺类ARGs为黄河流域兰州段土壤中的优势基因,其中sul1丰度最高,为其它检测ARGs的20~36 000倍.工业类型土壤的ARGs中的总绝对丰度最高.主坐标分析（PCoA）显示ARGs的赋存特性与土地类型也有显著性关联（P<0.05）,并且intl1与tnpA-04分别对磺胺类ARGs和四环素类ARGs的传播具有驱动效果.冗余分析（RDA）表明,黄河兰州段河岸带土壤中的无机盐离子和总磷的含量是改变微生物结构的主要理化因子,盐杆菌门和酸杆菌门是驱动ARGs结构变化的主要微生物菌群.     

抗生素抗性基因环境效应的研究进展

介绍了环境中抗生素抗性基因的来源、检测方法以及在沉积物中残留水平,提出了制药废水、医疗废水、水产养殖、人畜粪便和市政污水是环境中抗生素抗性基因的主要来源。随后深入讨论了其毒性效应以及生态风险评价方法,指出了我国在当前研究中尚存在的不足,同时对抗性基因的未来研究重点提出了建议。     

长江下游某水源型水库抗生素抗性基因污染研究

抗生素抗性基因是水环境中的新型污染物.为了探究夏季时期长江下游某水源型水库抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)污染赋存特征,分别采集了水体和沉积物样本并使用高通量荧光定量PCR和实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,长江下游水体中检测出104种ARGs,水库水体中检测出118种ARGs,沉积物中检测出124种ARGs.β-内酰胺类、多重抗药类、其他类共54种ARGs为水库中占主导的抗性基因.抗性基因绝对丰度在水体中呈现从长江下游到库内富集的趋势,这表明水环境中的ARGs在水库中富集;相对丰度特征呈现长江下游水介质与库内水介质聚类,水介质与沉积物介质聚类.水体样本的整合子(CintⅠ-1(class 1)、intⅠ-1(clinical))与其ARGs总量之间存在显著的相关性(r=0.750,p0.05;r=0.971,p0.05),说明整合子对ARGs转移和富集具有重要作用.     

环丙沙星胁迫猪粪生物转化中抗性基因微生物响应分析

抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）是一种新兴污染物,持续累积会引发环境健康风险,也可通过水平转移诱导耐药细菌产生,从而危害人类健康与国家生物安全.当前关于ARGs的研究多集中于水、土壤、大气等环境介质,固体废弃物领域ARGs研究尚局限于其丰度变化与影响因素方面,对抗生素-ARGs剂量-效应关系、导致ARGs丰度变化的微生物响应机制仍有待深入研究.基于此,开展了不同浓度水平环丙沙星（Ciprofloxacin,CIP）胁迫下猪粪堆肥试验,环丙沙星添加量分别为25 mg/kg（A25）、50 mg/kg（A50）、100 mg/kg（A100）,同时设置空白对照0 mg/kg（CK）.采用分子生物学手段、网络分析、统计学分析等方法,解析了不同浓度环丙沙星胁迫猪粪好氧堆肥过程中喹诺酮类ARGs丰度变化的微生物响应关系,并重点探讨了潜在宿主菌中致病菌的分布及其与ARGs的相关性.结果表明:①经堆肥处理,CK、A25和A100堆体中喹诺酮类ARGs总丰度均受到不同程度削减,A50堆体中ARGs总丰度未被削减（升高2.73倍）.而高温期除CK外,3个处理组中ARGs丰度均显著降低（P < 0.05）,表明堆肥高温期或是削减ARGs的关键阶段.②狭义梭菌属（Clostridium_sensu_stricto_1）、水微菌属（Aquamicrobium）、乳杆菌属（Lactobacillus）及交替赤杆菌属（Altererythrobacter）既是堆肥环境中优势菌属,也是喹诺酮类ARGs潜在宿主微生物,主要分布在厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）.③丰度较高的致病菌Clostridium_sensu_stricto_1和链球菌（Streptococcus）是喹诺酮类ARGs的潜在宿主菌,且至堆肥腐熟期,仍有部分致病菌均未被完全去除,可见猪粪堆肥过程中存在ARGs向致病菌转移的环境健康风险.研究显示,加强高温期干预调控,是有效阻控ARGs环境污染行为的关键节点,研究可为固废资源化过程中ARGs环境健康风险防控提供参考.