典型城市不同河流沉积物中抗生素抗性基因的时空分布特征:以石家庄为例

河流是抗生素抗性基因（ARGs）的重要储库.然而,目前有关河流中ARGs的研究多集中在其时空分布,而较少对同一区域城市和农村河流中ARGs的种类和丰度进行比较.鉴于此,以石家庄市不同河流为例,分别在2020年12月和2021年4月,选取了2条农村河流和3条城市河流,布设了15个采样点,采集了各个样点的沉积物,运用宏基因组测序技术分析了各样点沉积物中ARGs的种类和丰度,比较了城市和农村河流沉积物中ARGs的时空差异.结果表明:①在城市和农村河流中分别检出162种（4 776 ±4 452,丰度,下同）和79种ARGs（1 043 ±632）,ARGs种类和丰度均呈城市 > 农村的趋势;②在城市河流中磺胺类（SAs,27 %）、氨基糖苷类（AGs,26 %）和多药类（MDs,15 %） ARGs的相对丰度最高;而在农村河流中MDs类ARGs的相对丰度最高（65 %）,且城市河流中ARGs的复杂程度高于农村河流.③城市河流中SAs、AGs、MDs、四环素类（TCs）、利胆醇类（PNs）、大环内酯类（MLS）、β-内酰胺类（β-lactams）和二氨基嘧啶类（DAPs）ARGs间呈显著正相关（P < 0.01）,而糖肽类（GPs）ARGs与各类ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;而在农村河流中MDs和SAs类ARGs呈显著正相关（P < 0.05）,氨基香豆素类（ACs）ARGs与肽类（PTs）、利福霉素类（RMs）和磷霉素类（FMs）ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;④在时间分布上,城市河流12月和4月分别检出162种（4 776 ±4 452）和148种（5 673 ±5 626）ARGs;而农村河流12月和4月分别检出79种（1 043 ±632）和46种（467 ±183）ARGs;⑤RDA分析结果表明,城市和农村河流中的ARGs均呈时间分布差异;相关分析表明城市河流主要与工业企业数量显著相关,而农村河流则主要与牧业产值显著相关.总体而言,通过比较城市和农村河流中ARGs的时空异质性,识别其主要社会影响因子,可为后续河流中ARGs风险管控提供数据支撑.     

寒冷地区IFAS+磁混凝污水厂菌群结构和抗生素抗性基因分析

为探究寒冷地区IFAS+磁混凝污水厂中菌群及其携带的抗生素抗性基因（ARGs）变化,采用16S rRNA基因测序和宏基因组测序方法对新疆某城市污水厂进行研究.结果表明,绿弯菌门（Chloroflexi）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）在活性污泥中的相对丰度平均值分别为3.50%和0.03%,在生物膜中的相对丰度分别达到10.02%和2.12%,NH₄⁺-N和TN去除率平均值分别由改造前的91.89%和66.76%提升至改造后的97.71%和91.90%,表明IFAS增强了寒冷地区污水厂的生物脱氮能力;生物处理段内与铁氧化还原有关的Ferruginibacter和红育菌属（Rhodoferax）的相对丰度平均值分别达到5.24%和3.72%,出水中红育菌属（Rhodoferax）的相对丰度达到9.48%,表明磁粉对菌群产生了影响;该厂对ARGs有明显的去除效果,ARGs的相对丰度由进水中的191.08×10^-3‰降至出水中的32.58×10^-3‰,活性污泥中ARGs相对丰度为63.25×10^-3‰~72.38×10^-3‰,明显高于生物膜中的41.31×10^-3‰,但sul2、floR和rpoB 2等ARGs优势亚型在生物膜中的相对丰度分别为5.77×10^-3‰、2.52×10^-3‰和2.03×10^-3‰,高于活性污泥中的3.15×10^-3‰~3.57×10^-3‰、1.73×10^-3‰~2.24×10^-3‰和1.28×10^-3‰~1.76×10^-3‰;网络分析结果表明,Caldilineaceae_norank与sul2呈显著正相关,毛球菌属（Trichococcus）与floR呈显著正相关.     

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.     

升级A/O工艺污水处理系统中抗生素抗性基因的分布与去除研究

针对北方某采用升级A/O工艺的生活污水处理厂,使用实时荧光定量PCR技术,探究污水厂中ARGs的分布及各处理工艺段对ARGs的去除效果.结果表明：四环素抗性基因（tetA、tetC和tetM）、磺胺抗性基因（sul1和sul2）、大环内酯抗性基因（ermA和ermF）和喹诺酮抗性基因（parC和gyrA）在污水和污泥中均被检出.污水厂进水中ARGs的绝对丰度为2.65×10³~1.01×10⁶ copies·mL^-1,升级A/O工艺未能有效削减ARGs,出水中ARGs的绝对丰度为9.22×10³~1.15×10⁶ copies·mL^-1,污泥中ARGs的绝对丰度为8.07×10⁷~2.65×10¹¹ copies·g^-1.深度处理工艺对ARGs的去除效率对比结果显示,生物活性炭工艺对ARGs的削减效果优于紫外消毒.     

九龙江口微塑料与抗生素抗性基因污染的分布特征

河口区域普遍存在微塑料（MPs）和抗生素抗性基因（ARGs）污染,同时微塑料还可能富集ARGs,从而扩大ARGs的传播范围.本研究以福建省九龙江口为调查区域,首次分析了九龙江口不同采样点水样以及沉积物中的MPs分布特征,同时测定各样品中8种常见的ARGs丰度,并对二者之间的丰度进行相关性分析.结果表明：①九龙江河口水环境中微塑数浓度范围为2~66 n ·L^-1,沉积物中含量范围（以dw计）为8~85 n ·kg^-1,85%以上的微塑料粒径在1 mm以下,微塑料材质主要为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）;②九龙江河口优势的ARGs为四环素类抗性基因tetC和tetG以及磺胺类抗性基因sul2,水中ARGs丰度随盐度增加呈递减趋势;③九龙江水体中MPs浓度、ARGs相对丰度和一类整合子基因intI1丰度呈两两正相关性,说明微塑料可能促进了水体中ARGs的传播和水平基因转移（HGT）.     

巢湖完全氨氧化细菌的丰度、群落结构及其影响因素研究

完全氨氧化过程（complete ammonia oxidation, comammox）的发现使研究者们对硝化作用和氮循环都有了新的认识.本研究选取巢湖冬夏季表层（0~10 cm）沉积物样品,运用高通量测序、实时定量PCR等分子生物学技术对comammox细菌的丰度和群落结构进行研究.结果表明：基于amoA基因的comammox细菌的丰度为（5.20±0.72）×10⁶~（4.06±1.23）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化古菌的丰度为（5.39±1.01）×10⁵~（1.60±0.18）×10⁷ copies·g^-1;氨氧化细菌的丰度为（6.16±1.57）×10⁵~（4.30±0.19）×10⁶ copies·g^-1.comammox细菌的绝对丰度显著高于氨氧化古菌和氨氧化细菌.多样性分析表明冬季巢湖表层沉积物中的comammox细菌的物种多样性大于夏季.其中Candidatus Nitrospira nitrificans、Candidatus Nitrospira nitrosa和Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度最高占比分别为78.72%、49.80%和6.28%,且夏季样点中Candidatus Nitrospira inopinata的相对丰度显著高于冬季样点.主坐标分析（Principle Coordinate Analysis, PcoA）结果表明,comammox细菌的群落结构具有明显的时间异质性.理化因子中,NH₄⁺和NO₃^-与comammox细菌的丰度呈负相关关系.本研究在一定程度上揭示了comammox细菌的丰度、群落组成、多样性及其与理化因子的关系.     

基于同位素示踪和分子生物学技术对潮白河沉积物中氮还原功能特征的研究

沉积物氮还原功能对于调控和管理河流氮负荷具有重要作用.本研究选取潮白河不同区域河段表层沉积物作为研究对象,采用¹⁵N同位素示踪技术、16S rRNA扩增子测序和实时荧光定量PCR（qPCR）技术,研究了潮白河沉积物中氮还原过程（反硝化、厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,anammox）和DNRA过程（dissimilatory nitrate reduction to ammonium,异化硝酸盐还原为铵））速率特征、相关功能基因丰度和微生物群落结构特征.结果表明：潮白河沉积物潜在反硝化、anammox、DNRA和N₂O释放速率分别为（25.82±0.98）~（142.32±17.06）、（0.58±0.10）~（4.51±0.78）、（2.91±0.46）~（19.59±4.15）和（-1.09±0.17）~（3.30±0.57）nmol·g^-1·h^-1（以N计,下同）.沉积物氮还原以反硝化过程为主（贡献率71.86%~91.65%）,DNRA也有较高的贡献率（7.03%~25.32%）,anammox过程贡献较小.相关分析表明,氮还原相关功能基因丰度与潮白河沉积物氮还原过程速率存在显著正相关关系,微生物群落中α-变形菌纲、硝基螺旋菌纲、疣微菌纲、脱硫杆菌门、硬壁菌门丰度与沉积物氮还原过程速率存在显著的相关关系.     

历史抗生素胁迫改变磺胺甲唑和甲氧苄啶对活性污泥的影响:ARGs及其潜在宿主

抗生素共暴露对污水处理厂抗生素抗性基因（ARGs）及微生物群落聚集过程有着重要影响.然而,历史抗生素接触胁迫差异（遗留效应）是否能决定微生物和ARGs对抗生素复合污染的响应尚不清楚.通过选择高浓度（30 mg ·L^-1）磺胺甲唑（SMX）和甲氧苄啶（TMP）作为历史接触胁迫条件,探究SMX和TMP复合污染对ARGs、细菌群落及其交互作用的短期影响.基于高通量荧光定量PCR,共检测出13种ARGs,它们的绝对丰度介于2.21~5.42 copies ·μL^-1（对数值,以DNA计,下同）,其中sul2、ermB、mefA和tetM-01是样品中最主要的亚型,绝对丰度在2.95~5.40 copies ·μL^-1之间;SMX和TMP复合污染会引起ARGs和可移动基因元件（MGEs）的富集,但其对各亚型的影响不同,且SMX的历史遗留效应高于TMP;不同接触史的复合污染下,ARGs间的共现与互斥模式均存在;MGEs （尤其是intI-1）与磺胺类（sul1、sul2）、四环素类［tet （32）］和大环内酯-林可酰胺-链霉菌素类抗性基因（ermB）均呈显著正相关性;基于微生物全尺度分类发现各类群微生物群落结构对复合污染的响应不同,且条件丰富菌属（CAT）得到了显著富集;陶厄氏菌属（Thauera）、假黄单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和副球菌属（Paracoccus）是优势的抗性菌属;网络分析共发现31个ARGs的潜在宿主,以条件稀有菌属（CRT）为主,尤其是Candidatus_Alysiosphaera和纺锤状菌属（Fusibacter）与多种ARGs呈现正相关,是多种ARGs的潜在公共细菌宿主;部分稀有菌属［RT,变异杆菌属（Variibacter）、气单胞菌属（Aeromonas）和管道杆菌属（Cloacibacterium）等］是转座子IS 613的潜在宿主,在ARGs的增殖传播中发挥重要作用.综上,研究揭示了污水处理系统中抗生素历史胁迫对ARGs赋存特征和及其宿主细胞的遗留效应,可为削减抗生素复合污染引起的ARGs污染提供新思路与理论依据.     

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.     

聚苯乙烯微塑料对污水中胞外耐药基因的影响及其机制

微塑料（MPs）和抗生素耐药基因（ARGs）是共存于污水处理厂中的典型新污染物.MPs已被证明能够改变污泥中ARGs的分布模式,但其对污水中胞外ARGs（feARGs）的影响及机制仍不清楚.采用荧光定量PCR技术探究了典型MPs（聚苯乙烯PS）暴露60 d后污水中feARGs（包括tetC、tetO、sul1和sul2）的动态变化特征及机制.结果表明,四环素类feARGs绝对丰度在nm级和mm级PS暴露下分别降低了28.4 %~76.0 %和35.2 %~96.2 %,在μm级PS暴露下变化了-55.4 %~122.4 %.PS对磺胺类sul1的促进效果呈nm级 > μm级 > mm级趋势,且ρ（PS）为50 mg·L^-1 对sul1丰度扰动幅度更大.磺胺类sul2的相对丰度在μm级和mm级PS暴露后分别削减了25.4 %~42.6 %和46.1 %~90.3 %,在nm级PS暴露后增加了1.9~3.9倍;ρ（PS）为50 mg·L^-1对sul2的削减作用高于ρ（PS）为0.5 mg·L^-1.Pearson相关性分析显示,PS暴露下feARGs相对丰度与细胞膜通透性和典型可移动遗传元件（intI1）丰度成正相关,与活性氧水平成负相关.研究结果阐明了PS对污水中feARGs的影响及其机制,可为污水中MPs与ARGs复合污染的防治提供科学依据.