畜禽养殖过程抗生素使用与耐药病原菌及其抗性基因赋存的研究进展

兽用抗生素在提高畜禽生产性能、防治疾病方面发挥着重要作用,目前全球超过一半以上抗生素用于畜禽养殖,畜禽养殖源耐药病原菌、抗性基因及其传播风险愈益得到人们的重视。我国是畜禽养殖和抗生素使用大国,但兽用抗生素使用、病原菌耐药水平及其抗性基因类型等数据却较为缺乏,不利于今后畜禽养殖源耐药病原菌及其传播风险的控制。因此,本文通过文献调研,对我国和主要发达国家的兽用抗生素使用情况、畜禽养殖源耐药病原菌及其携带的抗性基因、基因移动元件以及向环境传播的途径进行分析、总结,以期为规范合理用药、降低耐药病原菌及其抗性基因传播风险,建立从畜禽养殖场至公共环境全过程的抗性污染控制链条提供借鉴。     

抗生素抗性基因在生活及工业混合废水处理系统中的分布和去除

抗生素抗性基因(ARGs)由于其广泛的传播与转移,成为日益严峻的环境问题。污水处理厂(WWTP)被公认为ARGs的主要来源之一。膜生物反应器(MBR)是一种新型污染物去除工艺。在一个具有传统生物处理和膜系统处理的城镇污水处理系统的进水中,检出17种ARGs,并首次检出甲氧苄啶类ARGs。进水中sulΙ基因的绝对丰度最高,随后依次是tet C、sulⅡ、tet W、dfr A1、flo R和dfr A13基因。不同的处理系统去除同一种ARGs效果各不相同,MBR对ARGs去除效果显著优于传统生物处理工艺,同一个处理系统处理不同类ARGs,四环素类ARGs被去除的效果显著优于其他ARGs被去除的效果,绝对丰度下降了3.8个数量级。ARGs没有真正意义上的去除,只是从水体转移到污泥中,污泥中的ARGs不断积累。     

磺胺类耐药菌中抗性基因sul的表达规律

抗生素环境污染是影响抗生素抗性基因传播和扩散的主要因素,然而关于抗生素耐药菌在抗生素暴露下抗性基因的表达机制研究甚少。本研究利用RT-PCR方法检测了土壤中优势耐药菌菌株炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis SYN201,G+)和弗氏志贺菌菌株(Shigella flexneri NJJN802,G-)在含有不同浓度磺胺类药物的培养基中生长不同时间后抗性基因(sul 1、sul 2、sul 3)的表达变化。结果发现:无论培养基中是否存在磺胺类药物,菌株SYN201和NJJN802中的3种磺胺类抗性基因均分别在培养的第72小时或36小时出现一个明显的表达峰,而在其他培养时间下不表达或表达量处于相对极低的水平;磺胺嘧啶的存在有助于提高菌株在此特征表达时间下抗性基因的表达水平,与未加磺胺嘧啶组相比,暴露于磺胺嘧啶(60μg·m L~(-1))组的sul 1、sul 2和sul 3在菌株SYN201中的相对表达量分别提高了2.5、4.8和3.2倍,而在菌株NJJN802中的相对表达量分别提高了3.7、6.0和5.0倍。通过将耐药菌暴露于不同磺胺嘧啶浓度下考察sul基因相对表达情况,研究发现随着培养基中磺胺嘧啶浓度的升高(0~1 024μg·m L~(-1)),菌株SYN201和NJJN802中sul基因的表达量整体上呈现出明显的上升趋势。本研究对揭示磺胺耐药菌的抗性表达规律及抗生素暴露对其抗性表达发挥的作用具有重要意义。     

MBR处理不同浓度高硫酸盐有机废水效能比较

针对食品加工过程中产生的高SO₄^2-有机物废水,采用MBR工艺对其进行处理研究,分别考察了1.6%和2.6%SO₄^2-浓度下反应器容积负荷和污染物去除情况.经过110天的运行时间发现,进水SO₄^2-浓度为1.6%的系统能获得更高的容积负荷和污染物去除效率,其最大容积负荷为1.0 kg·(m³·d)^-1COD,COD去除率为97.7%;而另一方面较高的无机盐环境进水SO₄^2-浓度为2.6%SO₄^2-系统下,获得的最大容积负荷仅为0.5 kg·(m³·d)^-1(按COD算),COD去除率为96.4%.在2.6%SO₄^2-浓度下,微生物受到的抑制更强,有机物降解效果低于1.6%SO₄^2-的系统.此外,氨...     

农田生态系统中抗生素抗性基因迁移扩散的研究进展

农田生态系统是抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)向人体传播的重要环境,其中农产品的食用是抗性基因暴露的主要途径之一。施肥等农业活动改变了农田中抗性基因及其宿主菌的组成,而复杂的微生物活动使抗性基因及其宿主菌进一步转移到农作物体内。近年来,PCR、宏基因组测序和外源基因标记等方法的进步不断拓宽了ARGs的研究思路。水平基因转移可促进ARGs快速向更广泛的宿主菌进行迁移,尤其是存在迁移到人类致病菌中的风险。为了深入探明ARGs在农田生态系统中的迁移途径和优势宿主菌,文中结合国内外研究进展,阐述了农田生态系统中ARGs的来源、分布传播,介绍了农田生态系统抗性菌和抗性基因的主要研究手段,总结了抗性菌和抗性基因在农田生态系统中的传播途径和扩散机制。基于当下研究的不足展望了继续深入探索的方向,为今后进一步探索ARGs在农田生态系统中的迁移机制提出了设想,以期降低潜在的食品安全和人体健康风险。     

固定化球形红假单胞菌处理电镀废水中Cd和Cr的研究

比较了4种固定化球形红假单胞菌(Rhodopseudomonas sphaeroides)处理含Cd、Cr重金属废水的效果,对固定化菌吸附Cd和Cr的工艺条件进行了优化,并通过生物反应器连续处理实际电镀废水,分析了处理后的效果。通过比较,确定了20g.kg-1沸石和20g.L-1海藻酸钠组合作为共固定材料,固定化菌对Cd和Cr的去除效果明显优于游离菌。采用正交试验优化废水处理工艺条件,结果表明,废水pH值、菌体投加量对固定化菌体的处理效果影响较大,当处理废水的pH值为6.0、菌体投加量为10.00g.L-1时,对40.00mg.L-1含Cd废水的去除率可达96.68%。4轮吸附-解吸循环试验结果显示,固定化菌体可重复利用3次,固定化菌体在使用第3次时,Cd去除率仍可达51.20%。在生物反应器中,用固定化菌体处理质量浓度为92.61mg.L-1的含Cd电镀废水,3h时对Cd的去除率达到98.80%,对含Cu、Au、Ni废水中重金属的去除率也高于90.00%。     

纳米材料对环境抗生素抗性基因污染扩散影响的研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的环境扩散严重威胁了人类健康和生态安全。除抗生素滥用所产生的选择性压力以外,其他环境物质也能影响ARGs的传播。而纳米材料的广泛应用使其不可避免地在环境中扩散并进而影响ARGs的环境分布。因此,笔者综述了近年来纳米材料影响ARGs污染扩散的研究,并探讨了纳米材料对ARGs传播的影响机制,旨在深入理解ARGs的环境扩散行为,为ARGs环境控制及纳米材料非毒性环境效应的评估提供理论和技术支持。     

硝化菌与膜生物反应器结合处理生活污水中氨氮

研究了硝化菌与膜生物反应器结合处理生活污水中氨氮，实验用水采用食堂与化粪池混合水，实验装置采用膜生物反应器，进水氨氮在4mg／L左右，出水氨氮值接近0，实验结果表明出水能够达到国家工业冷却回用水的指标要求，同时COD也降至30mg／L以下，能满足回用要求。     

膜生物反应器(MBR)处理不同浓度高硫酸盐有机废水污泥性质和膜污染研究

针对食品加工过程中产生的高SO₄^2-的高浓度有机物废水,采用膜生物反应器(MBR)工艺对其进行处理研究,分别考察了1.6%和2.6%SO₄^2-浓度下反应器运行性能、污泥性质和膜污染变化情况.经过110 d的运行时间对比发现,1.6%SO₄^2-浓度下MBR获得的最大有机负荷为1.0kg·(m³·d)^-1 COD,其化学需氧量(COD)、氨氮和总氮的去除率分别为97.2%、92.5%和89.5%.2.6%SO₄^2-浓度下微生物受到的抑制更强,其获得的最大有机负荷仅为0.5 kg·(m³·d)^-1 COD,其COD、氨氮和总氮的去除率分别为96.3%、82.6%和80.7%.此外,SO₄^2-浓度为1.6%的反应器在更高的膜运行通量下,膜污染速率反而比2.6%系统更慢.进一步分析其污泥性质发...     

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...     

我国养猪业废弃物中四环素类、磺胺类抗生素及相关抗性基因污染研究进展

我国是世界养猪第一大国,生猪饲养量和猪肉产量均位居世界第一。养猪业每年所产生的粪便、废水中含有大量畜用抗生素及其代谢产物,使养猪业废弃物成为环境中重要的抗生素污染源之一,随之产生的抗性基因污染及传播问题也不容忽视。本文结合近年来国内外的研究数据,对我国养猪业废弃物中四环素类、磺胺类抗生素及其相关抗性基因的检测方法、污染状况及影响抗性基因传播的因素进行了分析,并基于控制我国养猪行业抗生素及抗性基因污染的目的,提出了今后的研究重点。     

北江河水中抗生素抗性基因污染初步研究（Preliminary Studies on the Pollution Levels of Antibiotic Resistance Genes in the Water of Beijiang River, South China）

环境中细菌的耐药性,尤其是对抗生素的耐药性已成为影响生态环境的重要因素.论文采用抗生素抗性平板法调查了北江河水中四环素、红霉素及磺胺类这3类抗生素耐药性细菌的存在,采用定性PCR及荧光定量PCR方法分别研究了该水域sul1和sul2这2种磺胺类抗生素抗性基因(ARGs)的存在和含量水平.结果表明,所采集北江水域的9个样品中有5个对四环素有耐药性,7个对红霉素有耐药性,8个对磺胺二甲嘧啶有耐药性;定性PCR实验并经基因测序结果证实,5个样品含有sul1,4个样品含有sul2.进一步的PCR定量分析结果显示,7个样品中均检出sul1和sul2磺胺抗性基因,它们与内对照基因16S-rRNA表达量比值分别在10-2.56~10-0.52及10-3.25~10-1.24范围内,该结果显著高于美国科罗拉多州北部河流的研究结果.此外,数据分析也发现,sul1和sul2磺胺抗性基因的含量水平与该区域水中磺胺含量分布具有一定的相关性,表明外源性抗生素对河流的污染是诱导抗性基因的重要因素.     

Excitation-emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy for characterization of organic matter in membrane bioreactors: Principles,methods and applications

• Principles and methods for fluorescence EEM are systematically outlined. • Fluorophore peak/region/component and energy information can be extracted from EEM. • EEM can fingerprint the physical/chemical/biological properties of DOM in MBRs. • EEM is useful for tracking pollutant transformation and membrane retention/fouling. • Improvements are still needed to overcome limitations for further studies. The membrane bioreactor (MBR) technology is a rising star for wastewater treatment. The pollutant elimination and membrane fouling performances of MBRs are essentially related to the dissolved organic matter (DOM) in the system. Three-dimensional excitation-emission matrix (3D-EEM) fluorescence spectroscopy, a powerful tool for the rapid and sensitive characterization of DOM, has been extensively applied in MBR studies; however, only a limited portion of the EEM fingerprinting information was utilized. This paper revisits the principles and methods of fluorescence EEM, and reviews the recent progress in applying EEM to characterize DOM in MBR studies. We systematically introduced the information extracted from EEM by considering the fluorescence peak location/intensity, wavelength regional distribution, and spectral deconvolution (giving fluorescent component loadings/scores), and discussed how to use the information to interpret the chemical compositions, physiochemical properties, biological activities, membrane retention/fouling behaviors, and migration/transformation fates of DOM in MBR systems. In addition to conventional EEM indicators, novel fluorescent parameters are summarized for potential use, including quantum yield, Stokes shift, excited energy state, and fluorescence lifetime. The current limitations of EEM-based DOM characterization are also discussed, with possible measures proposed to improve applications in MBR monitoring.     

Significant increase of assimilable organic carbon (AOC) levels in MBR effluents followed by coagulation,ozonation and combined treatments: Implications for biostability control of reclaimed water

• Annual AOCs in MBR effluents were stable with small increase in warmer seasons. • Significant increase in AOC levels of tertiary effluents were observed. • Coagulation in prior to ozonation can reduce AOC formation in tertiary treatment. • ∆UV₂₅₄ and SUVA can be surrogates to predict the AOC changes during ozonation. As water reuse development has increased, biological stability issues associated with reclaimed water have gained attention. This study evaluated assimilable organic carbon (AOC) in effluents from a full-scale membrane biological reactor (MBR) plant and found that they were generally stable over one year (125–216 µg/L), with slight increases in warmer seasons. After additional tertiary treatments, the largest increases in absolute and specific AOCs were detected during ozonation, followed by coagulation-ozonation and coagulation. Moreover, UV₂₅₄ absorbance is known to be an effective surrogate to predict the AOC changes during ozonation. Applying coagulation prior to ozonation of MBR effluents for removal of large molecules was found to reduce the AOC formation compared with ozonation treatment alone. Finally, the results revealed that attention should be paid to seasonal variations in influent and organic fraction changes during treatment to enable sustainable water reuse.