生物滞留土壤质地与汇流比对微生物硝化、反硝化过程的影响

生物滞留是工程设计的土壤-植物-微生物共同作用的系统,可有效收集和处理城市地表径流。但是,对城市地表径流氮污染去除变化范围大。由于缺乏直接定量生物滞留反硝化微生物丰度和活性以及工程设计的影响,限制了提高氮去除的工程设计优化。我们在海绵城市建设试点常德选择了15个土壤基质质地和汇流比设计不同的生物滞留设施 (湿式生物滞留和干式生物滞留) ,通过采集土壤基质,测定生物滞留土壤基质反硝化潜势 (DEA) 和硝化潜势 (PN) ,采用qPCR定量硝化基因 (amoA) 和反硝化基因 (narG、napA、nirS、nirK、norB和nosZ) 丰度,研究生物滞留土壤质地与汇流比对微生物硝化与反硝化过程的影响。结果表明,生物滞留土壤质地与汇流比对土壤基质微生物反硝化潜势与反硝化功能基因丰度具有重要的影响。土壤基质为粘壤土和高汇流比设计的湿式生物滞留微生物反硝化功能基因与反硝化潜势显著高于壤土基质与低汇流比的干式生物滞留。湿式和干式生物滞留DEA分别为2.47 mg·kg⁻¹·h⁻¹和0.17 mg·kg⁻¹·h⁻¹,总反硝化功能基因丰度分别为1.80×10⁹ copies·g⁻¹和5.70×10⁸ copies·g⁻¹。土壤基质反硝化菌群与反硝化潜势随基质粘粒含量和汇流比升高而增加。滞水设计或处于饱和淹水状况明显可提高微生物反硝化功能。另外,微生物反硝化功能基因丰度与反硝化潜势也与土壤基质中有机碳和TN呈明显正相关。通过改进生物滞留工程设计可增加反硝化作用并减少氮向受纳水体的输出。本研究结果可为提高城市地表径流氮污染去除效果提供工程案例参考。     

Exploring the abundance and influencing factors of antimicrobial resistance genes in manure plasmidome from swine farms

Plasmids play a critical role in the dissemination of antimicrobial resistance genes (ARGs), however, a systematical understanding of ARGs originated from plasmids in swine production is currently lacking. Herein, quantitative polymerase chain reaction was applied to determine the prevalence of ten ARGs and the class1 integron gene intI1 of plasmid source in swine manure from 44 farms in Sichuan, Hubei and Hebei provinces, China. All assayed ARGs were observed in plasmid DNA samples, and the average absolute abundance of aac(6’)-Ib-cr, bla_NDM, bla_CTX-M, optrA, ermB, floR, mcr-1, qnrS, tetM, sul1 and intI1 were 7.09, 2.90, 4.67, 6.62, 7.55, 7.14, 4.08, 4.85, 7.16, 7.11 and 8.07 of 10 log copies/gram, respectively. IntI1 showed a high correlation (r > 0.8, P < 0.01) with the abundance of aac(6’)-Ib-cr and sul1 in swine manure. Moreover, the farm scale (i.e., herd population) and geographical location were not found to be critical factors influencing the absolute abundance of ARGs of plasmid DNA in swine farms. However, the concentrations of florfenicol, Cu, Zn, Fe, total phosphorus (TP) and total potassium (TK) demonstrated a significant correlation with the abundance of several ARGs. Particularly, Cu and Zn had high correlations with optrA and bla_CTX-M, respectively. Our results demonstrated that antibiotics, heavy metals and environmental nutrients are likely jointly contributing to the long-term persistence of ARGs in swine production. This study provides insights into the abundance and influencing factors of ARGs from swine manure, which is of significance for assessing and reducing the public health risks in livestock production.     

华北平原典型城市土壤微生物群落时空变化规律及其驱动因子

微生物群落结构和功能受多种环境因素的共同影响,为阐明典型城市土壤中微生物群落的时空变化规律及其主要影响因素,亟需开展典型城市土壤中微生物群落时空动态变化特征研究.鉴于此,选取华北平原典型城市——石家庄市为研究区,共设置12个采样点,分别于2021年6月（夏季）和9月（秋季）采集表层土壤,并利用16S rRNA高通量测序技术对土壤中微生物群落结构及功能进行研究,探究其时空变化规律;同时运用Pearson相关性分析建立微生物群落与环境因子间的相关性,识别微生物群落时空变化的主要驱动因子.结果表明：①石家庄市表层土壤中主要优势菌门为放线菌（Actinobacteriota）和变形菌（Proteobacteria）;就季节变化而言,在门水平上,Actinobacteriota和Proteobacteria相对丰度均呈降低趋势;在属水平上,夏季主要优势菌属为节杆菌属（Arthrobacter）和未知分类菌属,秋季主要优势菌属为Arthrobacter和Candidatus_Nitrocosmicus,且优势菌属呈显著季节差异（P<0.05）;②就季节变化而言,Simpson、Ace和Chao指数均值呈升高趋势,而OTU均值呈降低趋势;就空间差异而言,Shannon指数和Simpson指数呈显著空间差异（P<0.01和P<0.05）;③各类功能基因无显著季节和空间差异;其中能源生产和转换类功能基因相对丰度最高,在夏季和秋季的相对丰度分别为24.06%~24.84%和24.63%~25.98%;④微生物群落结构组成、多样性指数和功能基因与喹诺酮类抗生素（QNs）、总磷（TP）和硝氮（NO₃^--N）呈显著相关,且与QNs显著相关性最强（|r| >0.900）;这表明在石家庄市表层土壤中抗生素成为影响微生物群落变化的主要驱动因素.因此,为保障城市土壤中微生物群落结构和功能稳定,应进一步加强土壤中抗生素污染的综合管控.     

一株嗜油不动杆菌(Acinetobacter oleivorans)的分离鉴定及石油降解特性

从石油污染土壤分离到30株石油降解菌,经复筛得到一株适应能力强、对石油降解效率高的优势菌株JC3-1。该菌株在温度为20~40℃、pH 5~9、盐度(NaCl)为0~3%(W/V)条件下生长良好。在以4 g/L原油为惟一碳源的培养基中生长15 d后对原油的降解率达42.15%。通过形态学观察、生理生化实验及16S rDNA序列分析,初步鉴定属于嗜油不动杆菌(Acinetobacter oleivorans)。菌株在以正戊烷、正己烷、十六烷、十八烷、苯、甲苯、二甲苯、邻苯二酚、萘、芘为惟一碳源培养基中都能很好生长。用特异性PCR检测发现,JC3-1具有酰基辅酶A脱氢酶、苹果酸合成酶、异柠檬酸裂合酶、TonB-依赖性铁载体受体、铁载体受体蛋白、多功能脂肪酸氧化酶复合体α亚单位等代谢功能基因,及烷烃单加氧酶、芳烃双加氧酶、联苯双加氧酶、邻苯二酚双加氧酶、萘双加氧酶、甲苯双加氧酶等降解功能基因。     

微塑料及金属在黄浦江地表水环境的赋存特征及与金属抗性基因的相关性分析

城市河流是微塑料(MPs)及重金属污染的“热点”区域,在污染迁移中起到重要作用.然而同样作为抗性基因赋存及释放的重要媒介,鲜有研究考察了流域MPs、金属与金属抗性基因(MRGs)的关联.为此,调研了10个黄浦江站点水样的金属及MPs的污染特征,并基于宏基因组学对水样及提取的MPs上的MRGs及可移动遗传元件(MGEs)进行分析.结果显示,表层水中ρ[锑(Sb)]平均值最高,为(3.16±0.419)μg·L^-1. MPs的丰度平均值为(1.78±0.84)n·L^-1,位于工业区和人口密集区的MPs丰度显著高于农业区和低人口密度的区域.纤维状、“小粒径”(<0.5 mm)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是最主要的MPs类型.所有样本中共检出18类MRGs,其中水样中MRGs的相对丰度为1.68±0.21.最主要的MRGs亚型是merR和ruvB,分别为汞和多重金属抗性基因的亚型.相关性分析表明,水中的铬和镍与MRG-Cr、MRG-Ni和多重金属抗性基因之间存在显著正相关.MPs上MRGs的相对丰度为1.63±0.53,最主要的MRGs亚型...     

高垦殖丘陵区不同类型农用地土壤中抗生素抗性基因分布特征

为揭示高垦殖丘陵区不同类型农用地土壤中抗生素抗性基因分布特征,分析了抗生素抗性基因在菜地、果园和耕地土壤中的丰度和多样性.结果表明,所有土壤样品中共检出70种抗生素抗性基因和4种可移动基因元件,其中β-内酰胺类cphA-01抗性基因是农用地土壤中相对丰度最高的耐药基因.在菜地和果园土壤中,主要的抗性基因亚型为cphA-01和cmx（A）,而耕地土壤以mexF和aacC基因为主.土壤中抗生素抗性基因的相对丰度和多样性均表现为：耕地<菜地<果园,这与不同农用地土壤的养分条件差异有关.类似地,土壤中可移动基因元件的相对丰度和多样性均以耕地土壤为最低,而其最高值分别出现在菜地和果园样品中.高垦殖丘陵区农用地土壤环境中可移动基因元件与抗生素抗性基因丰度呈显著正相关关系（P<0.05）,表明基因水平迁移可能促进抗生素抗性基因在高垦殖丘陵区农用地土壤环境中扩散.     

青海湖周边地区表层土壤重金属含量和抗性基因丰度及相关性

土壤重金属污染以及抗性基因的流行一直是全球关注的问题,已有许多研究报道了重金属和抗性基因在土壤中的含量,但是高原地区重金属和抗生素抗性基因(ARGs)在土壤中的含量并不清楚.因此,调查分析了青海地区土壤中重金属和抗性基因的环境残留量和分布情况,并且探究了土壤中重金属含量和抗生素抗性基因之间的关系.在土壤样品中,重金属ω(Zn)最高［平均值:(50.27±19.88) mg·kg^-1］,其次是重金属ω(Cd)［平均值:(30.27±9.45) mg·kg^-1］,重金属ω(Hg)最低［平均值:(0.027±0.019) mg·kg^-1］.土壤中重金属抗性基因的亚型主要是czcA、merA和merP,它们主要功能是负责对Hg产生耐性.土壤中β-内酰胺酶抗性基因相对丰度(0.1505)最高,占ARGs总丰度的47.54%,四环素(tetracycline)耐药基因占ARGs总丰度的16.93%,FCA约占14.56%,MLSB约占8.77%.可移动的遗传元件(MGEs)多样性和相对丰度均较低,仅检测出tnpA01基因,intl 1和intl2未检出.相关性研究表明,土壤中Cu (r=-0.533,P=0.006)和Hg (r=0.692,P=0.006)含量与海拔高度呈显著负相关,其他重金属含量与海拔高度无显著相关性.此外,重金属含量与土壤类型显著相关(P<0.05).土壤中重金属Hg含量与czcA(r=0.692,P=0.006)、merA (r=0.816,P=0.007)和merP(r=0.594,P=0.02)之间存在显著正相关.研究结果阐明了重金属和ARGs在青藏高原地区的发生和分布,并发现土壤中重金属含量与抗性基因存在显著相关性.     

污水处理系统中硝化菌的菌群结构和动态变化

研究分析了4种不同工艺类型的城市污水处理厂中氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的丰度及菌群结构.实时定量PCR结果表明4种工艺中AOB菌群的丰度范围为8.56×106~4.46×107cells/gMLSS;NOB菌群的丰度为3.37×108~1.53×109cells/gMLSS.每个工艺中Nitrospira都是优势NOB,占NOB菌群的88% 以上. A2O工艺冬季AOB和Nitrospira丰度比夏季均有所降低,这是导致冬季生物脱氮效果变差的主要原因.基于 amoA基因的系统发育分析结果显示所有的序列属于Nitrosomonas,其中Nitrosomonas oligotropha cluster 占克隆文库的60.1%,是AOB 种群中的优势菌属,Nitrosomonas-like cluster和 Nitrosomonas europaea cluster次之,分别占克隆文库的29.6%和9.1%.N. europaea cluster只在A2O工艺中出现,且在A2O工艺夏季污泥样品克隆文库中达到44.7%.低DO运行使N. europaea cluster成为优势AOB是A2O工艺夏季出现较高亚硝酸盐积累率的主要原因.研究结果证实了城市污水处理厂中优势AOB和NOB分别为Nitrosomonas和Nitrospira,硝化菌群占总菌群的1%~7%,其丰度、相对含量和菌群结构是影响硝化效果的主要因素.     

长期施用猪粪水稻土抗生素抗性基因污染研究

为了全面研究猪粪有机肥对水稻土抗生素抗性及分布格局的影响,选择295对抗生素抗性基因引物,采用高通量荧光定量PCR对水稻土中的抗生素抗性基因污染情况进行了研究.结果表明,未施用猪粪水稻土检测出66种抗性基因,而施用猪粪水稻土则检测出107种抗生素抗性基因,施用猪粪后水稻土中抗生素抗性基因种类显著增加(P<0.05).相对于未施用猪粪水稻土,施用猪粪水稻土有49种抗生素抗性基因丰度显著增加(P<0.05),其中施用猪粪水稻土中喹诺酮类/氯霉素类抗性基因的mexF的丰度相对于未施用猪粪水稻土增加1791倍.高通量定量结果表明,施用猪粪的水稻土抗生素抗性基因分布格局发生显著变化,高通量定量技术是研究环境抗生素抗性基因的一个非常实用的工具.     

The exposure risks associated with pathogens and antibiotic resistance genes in bioaerosol from municipal landfill and surrounding area

Pathogenic microbes with antibiotic resistance can thrive on municipal solid waste as nutrients and be aerosolized and transported to vicinities during waste disposal processes. However, the characterization of pathogenic bioaerosols and assessment of their exposure risks are lacking. Herein, particle size, concentration, activity, antibiotic resistance, and pathogenicity of airborne microorganisms were assessed in different sectors of a typical landfill. Results showed that active sector in downwind direction has the highest bioaerosol level (1234 CFU/m³), while residential area has the highest activity (14.82 mg/L). Botanical deodorizer from mist cannon can effectively remove bioaerosol. Most bioaerosols can be inhaled into respiratory system till bronchi with sizes ranging from 2.1−3.3 and 3.3−4.7 µm. Pathogenic bacteria (Bacilli, Bacillus, and Burkholderia-Paraburkholderia) and allergenic fungi (Aspergillus, Cladosporium, and Curvularia) prevailed in landfill. Although high abundance of microbial volatile organic compounds (mVOCs) producing bioaerosols were detected, these mVOCs contributed little to odor issues in landfill. Notably, surrounding areas have higher levels of antibiotic-resistance genes (ARGs) than inner landfill with tetC, acrB, acrF, mdtF, and bacA as dominant ones. Most ARGs were significantly correlated with bacterial community, while environmental parameters mainly influenced fungal prevalence. These findings can assist in reducing and preventing respiratory allergy or infection risks in occupational environments relating to waste management.