生物电化学系统对河道沉积物中抗生素的强化去除

生物电化学系统已被证明可以有效降解废水或污泥中的抗生素,但对于河道沉积物中抗生素降解效果的研究还十分有限.本研究以河道沉积物为底物,考察了沉积物中本底抗生素在微生物电解池（microbial electrolysis cell, MEC）和微生物燃料电池（microbial fuel cell, MFC）中的去除、迁移和降解效率,以及反应器运行期间的电化学性能和微生物种群结构变化.结果显示,MEC和MFC均可以强化沉积物中抗生素的去除,喹诺酮类抗生素和四环素类抗生素中的CTC的去除是向上覆水中迁移与生物电化学降解共同作用的结果,而大环内酯类抗生素和四环素类抗生素中的TC和OTC的去除主要是依靠生物电化学降解作用.TC和OTC在MEC中的降解效率分别比MFC高出82.6%和29.5%,而MFC对大环内酯类抗生素的降解效率比MEC高27.6%~40.6%.电化学性能测试结果显示,以河道沉积物为底物的MFC内阻较大导致其功率密度相对较低,但MFC阳极比MEC阳极表现出了更好的氧化效果.微生物种群结构变化分析发现,门水平上的Proteobacteria及其对应的纲水平上的Deltaproteobacteria和Gammaproteobacteria可能对抗生素的强化去除起到了主要的积极作用,而且MFC阳极比MEC更容易富集Proteobacteria.     

宏基因组方法分析医药化工废水厂中抗生素耐药菌及耐性基因

废水厂是抗生素耐药菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)的巨大储存地.为调查医药化工废水处理厂中的ARB和ARGs,采用了宏基因组技术对医药化工废水中的活性污泥进行取样分析.结果显示,医药化工废水厂微生物组成主要是细菌类,主要细菌门是Proteobacteria,主要属是Hyphomicrobium,主要种是Hyphomicrobium zavarzinii.共检测到74类ARGs,最主要的类型是sav1866、dfr E和mfd.网络分析揭示了ARGs与微分类单元之间的共存模式,即ARGs与废水厂中属级的微生物分类群高度相关.抗生素特异的外排泵是该微生物群落主要的抗生素耐药机制,并且外排泵中耐药结节化细胞分化家族(RND)外排泵占主要部分.该微生物群落最主要的功能通路是代谢相关,并存在许多与人类疾病相关的基因,其中主要是细菌感染性疾病.结果表明,医药化工废水厂蕴藏着丰富的ARB和ARGs,ARGs的累积会增加潜在环境风险,需要加强对医药化工废水厂中ARB和ARGs的监控,并且ARB和ARGs的分析研究对于选择深度处理技术来有效去除ARB和ARGs具有重要的指导意义.     

大型溞对水环境中抗生素抗性菌与抗性基因的摄食与去除

原后生动物是污水生物处理系统中的常见生物,了解它们是否能够摄食与去除抗生素抗性菌(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs),对于建立藉捕食作用的ARB和ARGs去除技术具有重要意义.本研究以大型溞作为代表生物,探究了其对ARB和ARGs的摄食、去除效果与机制.使用荧光抗性菌直接观察其摄食过程,证实大型溞对ARB的摄食与富集...     

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.     

生物粉末活性炭对二级出水中抗性基因转移扩散的影响

针对生物粉末活性炭(BPAC)是否能促进污水厂二级出水中抗生素抗性基因(ARGs)转移扩散的相关问题,文章采用模拟水环境的方式,考察在投加BPAC的情况下,污水厂二级出水中ARGs的浓度与微生物群落结构的变化趋势;并且探究了其在不同时间、pH值和温度条件下,对水中ARGs浓度和微生物多样性及丰度的影响。结果发现,二级出水在投加BPAC后,水中ARGs浓度会降低,但同时微生物也会促进ARGs的扩散增加;水中的微生物种群丰度和多样性随反应时间的增加而增长;低温环境(4℃)和碱性环境(pH=9)更有利于ARGs的转移扩散。研究表明,BPAC对二级出水中ARGs的转移扩散起到一定的促进作用,但其作用效果也受时间、环境等状况的限制和影响。     

人工湿地去除污水中抗生素及其抗性基因研究进展

针对污水中抗生素及抗生素抗性基因的存在及潜在危害,总结了人工湿地去除污水中抗生素及其抗性基因研究的最新进展。已有研究表明:人工湿地对污水中抗生素的去除率为60%~100%,对抗生素抗性基因的去除率为10%~100%,季节、进水水质、水力停留时间、温度、pH、微生物、植物、基质等是影响人工湿地去除抗生素及其抗性基因的主要因素,微生物降解、光降解、吸附、植物吸收和植物降解是主要去除机制。人工湿地虽然可以去除抗生素及其抗性基因,但抗生素在基质的富集以及出水抗生素抗性基因丰度的增加会带来潜在风险,值得关注。新型人工湿地处理技术对抗生素及其抗性基因和传统污染物的协同去除机制,以及人工湿地各要素的去除机理和贡献、耦合生物电化学作用的人工湿地技术是未来的重要发展方向。     

施肥模式对设施土壤抗生素及抗性基因的影响

采集不同施肥模式下设施菜地表层土壤(0～20cm),对83种抗生素和203种抗性基因(ARGs)进行检测.结果表明,各处理组土壤中共检出14种抗生素、129种ARGs亚型和10种可移动遗传元件(MGEs).四环素类(TCs)是土壤中残留的主要抗生素,β-内酰胺类和多重耐药类抗性基因是主要的ARGs,放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和厚壁菌门(Firmicutes)是主要的细菌门.施肥增加了土壤中抗生素残留和ARGs的多样性及丰度,并且提高了土壤细菌群落α多样性.施用常量有机肥组抗生素、ARGs和MGEs相对丰度最大,有机肥减量可有效降低抗生素和ARGs污染程度,稻壳还田对控制抗生素和ARGs污染具有积极作用.设施菜地土壤中抗生素选择压力、细菌群落结构变化和MGEs是影响ARGs分布的驱动因素.     

温度和搅拌对牛粪厌氧消化系统抗生素抗性基因变化和微生物群落的影响

分别设置中温不搅拌、中温搅拌、高温不搅拌和高温搅拌这4种牛粪厌氧消化处理,探究温度和搅拌对牛粪厌氧消化抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）变化及微生物群落的影响.以厌氧消化特性为基础,分析ARGs和可移动遗传元件（mobile genetic elements,MGEs）的丰度变化和微生物群落结构,并利用网络分析和冗余分析探究影响ARGs变化的关键因素.通过双因素方差分析可知,温度对厌氧消化产气的影响（η²=0.934）强于搅拌（η²=0.911）,高温总产气量较中温提高了13.93%,且中温条件下搅拌的总产气量较未搅拌提高了12.63%.温度对ARGs去除的影响（η²=0.992）也强于搅拌（η²=0.920）.高温将ARGs和MGEs的去除量显著提升至0.09~1.53（对数值）,但搅拌对ARGs和MGEs的去除无显著影响.微生物群落受温度的影响也更为显著,门水平微生物Firmicutes成为高温条件下的绝对优势菌,相对丰度高达86%以上.属水平微生物Sedimentibacter、Sphaerochaeta和Pseudomonas等为ARGs的潜在宿主菌,直接影响ARGs的变化.理化因子影响了微生物的分布,尤其是总氨氮和总挥发酸,通过影响ARGs宿主菌间接影响ARGs的变化.整体来看,高温不搅拌的消化条件有利于气体的产生和ARGs的去除.     

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.     

近15年我国土壤抗生素污染特征与生物修复研究进展

近年来,抗生素及其抗性基因(ARGs)污染问题受到国内外学者的广泛关注,土壤作为抗生素和ARGs迁移转化重要的汇给土壤生物和人类健康带来了威胁.从近15年的相关调查研究结果来看,全国各地土壤遭受了不同程度的抗生素污染.生物修复是一种绿色且环保的修复技术,在治理抗生素污染土壤方面有着巨大的潜力.通过综述近15年我国土壤抗生素污染的时空变化特征,总结植物、动物和微生物在抗生素污染土壤修复方面的应用,特别介绍了微生物电化学系统在消减土壤中抗生素和ARGs的研究进展,并指出了相关研究存在的不足和未来发展的方向,以期为土壤污染修复提供科学依据.     

蚯蚓生物滤池削减剩余污泥中ARGs和ARB的效果研究

蚯蚓生物滤池(vermifiltration, VF)是一种低碳、环境友好的生态技术。基于其良好的剩余污泥减量化效果,以不加蚯蚓的普通生物滤池(biofilter, BF)为对照,探究蚯蚓生物滤池对新型污染物——抗生素抗性菌(antibiotic resistance bacteria, ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的去除效果。结果表明:与BF相比,VF对ARB(四环素类抗性菌、磺胺类抗性菌和双抗性抗性菌)的去除率增加25百分点以上,对ARGs(tetO、tetM、tetQ、tetW、sul1、sul2)去除率增加20百分点以上,且具有选择性。VF对intI1去除率高达98.24%,大大降低了ARGs的水平转移和传播风险。夏、冬季,VF对ARGs和ARB去除率比BF高15百分点以上,说明蚯蚓的加入减弱了低、高温对生物滤池的抑制作用。蚯蚓生物滤池能有效提高污泥中ARGs和ARB去除率,为剩余污泥的无害化处理提供参考。     

奶牛养殖粪水施用量对农田土壤中抗生素抗性基因赋存特征及微生物群落结构的影响

为探究奶牛养殖粪水施用对农田土壤中抗生素抗性基因(Antibiotics Resistance Gene, ARGs)赋存特征及微生物群落结构的影响,本研究以经氧化塘处理后的奶牛养殖粪水为研究对象,设置4组不同的养殖粪水施用量,分别为0、0.016、0.032和0.064 t·m^-2,在玉米农田连续施用2个玉米生长周期后采集土壤,利用荧光定量PCR技术和高通量测序分析土壤中ARGs的丰度及微生物群落结构.研究发现施用养殖粪水后土壤中ARGs总相对丰度显著(p<0.05)提高了0.85～5.41倍.土壤中ARGs和可移动基因元件(Mobile Genetic Elements, MGEs)的总相对丰度均与养殖粪水施用量呈显著正相关(p<0.05),tet C、sul2和erm B是影响ARGs总丰度变化的主导基因.相较于养殖粪水施用为0 t·m^-2时,养殖粪水施用量从0.016 t·m^-2增加到0.064 t·m^-2时,土壤中微生物群落的chao1指数分别增加了44.4%、47.5%和42...     

长江口近岸地区抗生素抗性基因与微生物群落分布特征

由于抗生素的大量使用,环境中微生物对抗生素的抗性不断增加,抗生素抗性基因(ARGs)问题越来越严重,严重威胁生态安全和人类健康.为研究长江口近岸地区水体和底泥沉积物中的ARGs和微生物群落的分布特征,通过野外调查采集了8个站点的水样和沉积物样本,对2种磺胺类抗性基因(sul1、sul2)、6种四环素类抗性基因(tetM、tetC、tetX、tetA、tetO、tetQ)、1种整合子基因intI1、16S rRNA基因和微生物群落进行检测分析.结果表明,长江口近岸地区10种抗性基因的检出率为100%.其中,整合子基因intI1和水样中多种ARGs呈显著正相关关系.变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidota)是长江口近岸地区水环境中的优势菌门;Chloroplast为水体中的主要菌属,Chloroplast和Nitrospira为沉积物中的主要菌属.在水体中,硝化螺旋菌门(Nitrospirota)是4种四环素类抗性基因(tetX、tetA、tetO和tetQ)共同的潜在宿主;在沉积物中,Sva0485是sul1和intI1的共同潜在宿主.微生物群落的分布...     

17α-乙炔雌二醇胁迫下零价铁对硝化污泥中抗性基因的影响

采用硝化污泥序批式反应器去除17α-乙炔雌二醇(EE2),基于宏基因组测序技术考察了零价铁(ZVI)对硝化污泥去除17α-乙炔雌二醇(EE2)过程中抗生素抗性基因(ARGs)的影响,结合菌群结构分析了其潜在影响机制.结果表明,硝化污泥处理EE2过程中ARGs丰度提高了724.42TPM(每百万转录本中来自于某基因的转录本数目),但ZVI削减了此过程中的ARGs丰度增长趋势,EE2及ZVI改变了ARGs亚型的分布,但对ARGs类型及亚型种类无明显影响.EE2使得硝化污泥中属于高风险等级(Q1及Q2)的ARGs丰度增加了555.75TPM及151.08TPM,ZVI降低了硝化污泥中的抗性风险.多重耐药是硝化污泥中丰度占比最大的高风险(Q1和Q2等级)ARGs类型,占比高达49.23%.微生物群落是硝化污泥中ARGs的重要驱动因子,鞘脂单胞菌属(Sphingopyxis)等菌属与多种ARGs显著正相关,可能是多种ARGs的共同潜在宿主.     

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.     

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.     

人类活动影响下的高原湿地四环素类抗生素抗性基因赋存与微生物群落共现性

抗生素的广泛使用导致抗生素大量进入环境中,进而使微生物产生耐药性.近年来,随着高原区域人类活动的加剧,高原湿地中抗生素耐药基因(ARGs)的赋存和迁移研究备受关注.以地处云贵高原的鹤庆草海国家湿地公园为研究区,分析河流上游(泉眼附近原始生境)和河流下游(居民生活污水排放口)沉积物中的四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类共4类抗生素的含量分布,其中四环素类抗生素检出含量为103.65～2 185μg·kg^-1,是含量最高的抗生素种类.为进一步探究四环素类抗性基因的赋存特征和影响因素,通过相关性分析和网络分析揭示了人类活动影响下环境因子、细菌群落结构和病原菌对四环素类ARGs的影响.结果发现,上、下游沉积物中共检出15种四环素类抗性基因,其中,上游检出tetPA、tetD和tetPB等7种抗性基因,下游检出tetPA、tetE、tetM和tetX等13种抗性基因,下游新增的8种抗性基因占下游基因丰度的43.44%;四环素类抗生素含量及有效磷、总有机碳、硝态氮和总磷等理化指标是影响四环素类ARGs分布的主要环境因子;上、下游沉积物中检出细菌分属于64个细菌门,其中变形...     

养殖鱼塘底泥微生物抗生素耐药基因分布分析

针对水产养殖中抗生素滥用引起微生物耐药基因污染的现象,本实验以杭州市某水产养殖区底泥样品为研究对象,测定了底泥样品中抗生素含量,并从其中分离出74株可培养细菌.采用PCR方法对分离菌株中磺胺类、四环素类、喹诺酮类、氯霉素类抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和整合子基因进行了检测.结果表明,除tet A(四环素类)耐药基因未被检出外,其余3种耐药基因及整合子基因均被检出,其中qnr S(喹诺酮类)耐药基因的检出率最高,为50.00%.另外,利用16S r DNA序列分析技术将分离菌株鉴定为12个属、19个种,包括环境中多种常见土著细菌及部分致病菌,其中气单胞菌(Aeromonas spp.)数量最多(29株),占分离菌株的39.19%.掌握水产养殖区中ARGs的污染现状,对控制其传播、保障食品安全和保护微生态环境具有重要指导意义.     

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.     

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.