畜禽粪便生物处理与土地利用全过程中抗生素和重金属抗性基因的赋存与转归特征研究进展

抗生素抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)在全球范围内的传播已引起国际上的广泛关注.越来越多的证据显示抗生素和重金属对抗生素抗性基因在环境中的分布和传播起到了重要作用.畜禽粪便是环境中抗生素和重金属的主要污染源之一,并已成为抗生素抗性基因重要的蓄积库.生物处理(如厌氧发酵和好氧堆肥)和土地利用是畜禽粪便广泛应用的处理与处置方式.本文通过文献调研,综述国内外抗生素抗性基因和重金属抗性基因在畜禽粪便生物处理及土地利用全过程中的传播、分布及控制的研究进展,并对今后的研究重点和方向提出建议和展望,以期为我国畜禽养殖粪便的风险控制和资源化利用提供借鉴.针对畜禽粪便处理处置全过程中抗性基因的削减与控制,我们建议在以下方面开展深入研究:1抗生素抗性基因和重金属抗性基因在全过程中的赋存与转归特征;2生物处理工艺操作参数对畜禽粪便中抗性基因分布及其削减的影响;3加强综合管理研究,源头控制抗性基因;4研发适于全过程抗性基因的协同控制关键技术等.     

水生植物滤床深度处理养殖废水过程中抗生素与抗性基因的响应研究

以水生植物滤床为载体,研究了典型抗生素(四环素类TCs、磺胺类SMs和喹诺酮类QNs)和抗生素抗性基因在不同水生蔬菜种植的水生植物滤床中的去除和累积情况,并考察了季节变化对此过程的作用影响.通过比较不同植物种植系统中抗生素的去除效率发现,在夏季水芹系统对抗生素的去除效率分别为71.83%(TCs)、46.80%(SMs)和21.53%(QNs),明显高于空心菜系统(TCs 33.28%、SMs 19.73%、QNs 6.84%),但在冬季运行情况下两组水生植物滤床对抗生素的去除效率差异不显著.总体而言,这3类抗生素在植物中的累积规律是茎部叶子,其中,在夏季运行情况下,3类抗生素在空心菜茎部具有明显较高的累积含量(22.89~103.7μg·g-1,以干重计,下同),而在冬季3类抗生素在水芹叶片中具有明显较高的累积含量(3.52~7.33μg·g-1).同时,在不同季节,系统出水与底泥中抗性基因水平对植物种类变化的响应趋势一致.     

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.     

鸡粪与中药渣共堆肥对抗生素抗性基因的影响

畜禽粪便是抗生素抗性基因(antibiotic resistant genes,ARGs)进入环境的重要途径,为了削减畜禽粪便中的ARGs,在为期46 d的鸡粪与中药渣共堆肥后,对不同阶段ARGs和可移动基因元件(mobile gene elements,MGEs)的丰度通过实时定量PCR进行检测. 100种ARGs中检测到21种,以及2种整合酶基因(int I1和int I2)和3种转座酶基因(tnp A-01、tnp A-02和tnp A-03).结果表明,在堆肥过程中5种MGEs均显著降低,其中tnp A-01和tnp A-02去除效果最好,减少了两个数量级;氨基糖苷类抗性基因aac A/aph D和aad E显著性降低(P 0. 05);β-内酰胺类抗性基因bla OXA1与堆肥天数显著相关(P=0. 016),其去除率为78. 63%;林可酰胺类抗性基因均随堆肥时间显著降低,平均去除率为90. 39%;四环素类抗性基因的去除效果相差较大,tet G降低了99. 77%,tetR仅降低了31. 72%;喹诺酮类抗性基因qnr D去除率最高为99. 89%;磺胺类中sulⅢ的去除率高达99. 88%,而sulⅠ呈增长趋势. ARGs与MGEs相关性表明tnp A-01与ARGs之间具有显著相关性(P 0. 05). ARGs随堆肥时间的变化趋势表明,中药渣与鸡粪共堆肥可显著降低ARGs丰度,从而降低畜禽粪便在农田施用中ARGs扩散的风险.     

污水处理厂削减耐药菌与抗性基因的研究进展

长期滥用抗生素导致细菌耐药性增强,并使抗性广泛传播.污水处理厂既是耐药菌(antibiotic resistance bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance gene,ARG)的储存库,排放的污水与污泥是向自然环境中传播抗性的重要污染源,也是削减ARB和ARG及控制抗性传播的重要环节.本文总结了天然水体中的耐药菌和抗性基因污染现状,分析了近年来耐药菌与抗性基因在污水/污泥处理过程中的转归与去除方面的研究进展,同时对将来的重点研究方向提出展望,以期为今后耐药菌和抗性基因的污染控制提供参考.     

聚乙酸乙烯酯降解菌的分离、鉴定及降解特性

利用平板分离技术,以聚醋酸乙烯酯为能源和碳源从土壤中分离到一株菌.根据生理生化及生长试验,该株菌被鉴定为不动杆菌属细菌.该菌对醋酸酯类化合物的降解性是通过在液体培养基内菌体的增加及底物的减少来证实的.气相色谱的分析结果表明,该菌可降解醋酸异丁酯生成异丁醇和异丁酸.休眠细胞反应试验表明,这株菌除降解醋酸异丁酯以外,还可降解醋酸乙酯、醋酸乙烯酯、醋酸氯乙酯、醋酸丙酯、醋酸异丙酯、醋酸丁酯、醋酸仲丁酯、醋酸丁二醇等醋酸酯类化合物及聚醋酸乙烯酯.     

油烟污染物降解优势菌株的筛选及性能研究

在完成对活性污泥驯化的基础上,分离、纯化出XJ9,XJ30,XJ2,XJ21,XJ28,XJ25等6株油烟污染物降解细菌,研究其生长条件及降解性能,筛选出一株优势菌株并进行菌落形态学及分子生物学鉴定。实验结果表明:6株细菌最适生长温度在35℃左右、最适pH在6⁸之间、最佳摇床转速介于808之间、最佳摇床转速介于80¹60 r/min之间,各菌株最佳降解时间均为36 h,对油烟污染物的降解率介于12%160 r/min之间,各菌株最佳降解时间均为36 h,对油烟污染物的降解率介于12%⁶0%之间,其中XJ25最高可达到60%左右,可确定XJ25为油烟污染物降解优势菌株。经分子生物学鉴定,确定XJ25为干燥棒状杆菌(Corynebacterium xerosis)。所获得的油烟污染物降解菌对于应用生物法降解餐饮油烟污染物具有一定的价值。     

苯系化合物好氧降解菌的驯化和筛选

为了筛选降解苯系化合物的优势菌种,选用城市污水处理场和石化废水处理的活性污泥作为菌源,分别以甲苯,乙苯,邻二甲苯,间二甲苯,对二甲本,１,３,５－三甲苯作为底物,在好氧条件下,驯化,筛选和分离出了能以上述６种化合物作为生长的唯一碳源和能源的微生物２５株,并对其进行了初步的鉴定,这些菌株的好氧生物降解研究结果表明,它们对苯系化合物具有良好生物降解能力。     

热水解污泥厌氧消化过程中肠球菌抗生素抗性基因与毒力基因的转归

城市污泥中含有大量肠球菌,可携带抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)和毒力基因(virulence gene,VGs),从而具有潜在的耐药性和致病性,对人类健康存在巨大威胁.为此考察了热水解污泥在中温(40℃)/高温(55℃)厌氧消化过程中肠球菌的耐药表型、基因型及携带VGs的变化规律.结果表明,厌氧进泥中肠球菌对阿奇霉素的耐药率均显著高于螺旋霉素和四环素.高温厌氧对肠球菌的数量及耐药性具有更好地控制及削减效果.高温厌氧消化可能会促进四环素类抗性基因在肠球菌的表达.中温、高温厌氧消化可促进ARGs在肠球菌中发生水平转移,导致其潜在双重甚至多重耐药性增加.中温厌氧消化可降低肠球菌同时具有潜在致病性和耐药性的几率,而高温厌氧消化则会增加此风险.     

不同畜禽养殖场中气载抗生素抗性基因的污染特征与季节性变化

由于大量的抗生素被用于畜禽养殖行业,畜禽养殖场中的抗生素抗性基因 (ARGs,Antibiotic resistance genes) 问题正逐渐变得严重。为调查畜禽养殖场中气载ARGs的污染特征及季节性变化,分别在冬季和夏季采集陕西省渭南市养猪场和养鸡场的空气和粪便样品,分析不同种类气载ARGs的污染水平及ARGs与环境因子的相关性。结果表明：畜禽养殖场空气中主要检出的ARGs类型为万古霉素类抗性基因、MLSB类抗性基因、四环素类抗性基因、FCA类抗性基因;在不同类型养殖场中气载ARGs总浓度趋势为养鸡场>养猪场,且养鸡场中每种ARGs浓度比养猪场中高约2个数量级;在不同季节养殖场中,气载ARGs总浓度趋势为冬季>夏季,且每种ARGs在冬季均高于夏季2~3个数量级。Pearson相关性分析结果表明,养殖场中气载ARGs总浓度与PM_2.5呈显著相关 (P<0.05) ,与其他环境因子无显著相关性。本研究成果可为控制畜禽养殖场中气载ARGs污染的传播及防控提供参考。