抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展

随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用,自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注.本文基于最新文献,综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术.现有研究表明,抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质,而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中,其污染水平更高.抗生素残留诱导产生抗性基因,其在环境中传播扩散与水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)和微生物群落结构组成有关.抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响,其中光照是影响其降解的重要因子;而在人工处理系统中,紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果,但并非全部有效.建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究,进而有效控制其环境含量,降低其污染水平.     

北京地区菜田土壤抗生素抗性基因的分布特征

为研究北京地区菜田土壤抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的污染状况和分布特征,采集了11个长期施用粪肥蔬菜基地的温室土壤和大田土壤,进行了抗生素以及ARGs种类和丰度的检测.结果表明,菜田土壤中四环素类抗生素残留量最高,其次为磺胺类抗生素,温室土壤抗生素残留普遍高于大田土壤.温室和大田土壤磺胺类抗性基因sul1、sul2和四环素类抗性基因tet L的检出率均为100%.温室土壤的Ⅰ类整合子(int I1)检出率比大田土壤高1.5倍.定量PCR的检测结果表明,菜田土壤中sul2和tet L的相对丰度介于10-4~10-2之间,温室土壤sul2和tet L的相对丰度普遍高于大田土壤.sul2的相对丰度与磺胺二甲嘧啶和强力霉素的含量显著正相关(P0.05),tet L相对丰度与抗生素含量无明显相关性(P0.05).本研究结果对于掌握北京地区农田土壤ARGs的污染现状,以及从ARGs角度评估农艺措施具有重要的指导意义.     

三峡库区主要水域典型抗生素分布及生态风险评估

为评价三峡库区主要水域典型抗生素的污染状况和生态风险,利用固相萃取-高效液相色谱-串联三重四极杆质谱联用法（SPE-HPLC-MS/MS）,分析三峡库区长江干流和6条支流表层水体中6类28种抗生素的质量浓度,根据欧盟环境风险评价方法计算RQ_S（风险商值）及RQ_sum（联合风险商值）,并按照Hernando等提出评级方法评价研究区域的生态风险等级.结果表明:三峡库区7条河流共检出4类10种抗生素,质量浓度范围为0.6~218.0 ng/L,其中除OFX（氧氟沙星）和CAP（氯霉素）外,其余8种[SDI（磺胺嘧啶）、SMX（磺胺甲唑）、SMZ（磺胺二甲嘧啶）、ERM（红霉素）、ROM（罗红霉素）、TYL（泰乐菌素）、FF（氟苯尼考）、LIN（林可霉素）]均为畜禽药品,并且FF、LIN在我国畜禽药品中使用量排名居前五位.7条河流抗生素RQ_sum由高到低依次为濑溪河>琼江>綦江>碧溪河>嘉陵江>长江>乌江,其中,濑溪河RQ_sum高达5.532,SMX、ERM和OFX均为高风险,说明其对濑溪河水体中相应的水生生物表现出较高的毒性风险;琼江、綦江、碧溪河和嘉陵江的RQ_sum均处于1~2之间,表现出较高生态风险,但4条河流检出抗生素的单个RQ_S均小于1,处于低风险;长江的RQ_sum为0.605,检出抗生素中TYL、ERM和ROM处于中风险,其余为低风险;乌江的RQ_sum为0.013,检出抗生素均处于低风险,说明水体受人类活动干扰最小.研究显示,三峡库区主要水域中抗生素含量略低于其他水域,但应进一步强化对畜禽养殖行业抗生素使用的监管,开展畜禽粪污还田技术规范中抗生素含量限制的相关研究.      

应用植物酯酶抑制技术测定蔬菜水果中农药残留量

应用植物酯酶的抑制技术,测定蔬菜水果中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留量的简易薄层—植物酶抑制(TLC-EI)法。该法对多种农药的最小检出量为毫微克(ng)级,最小检出浓度为0.01pm,添加回收率在80％以上。     

超声-Fenton法对沼液中3种四环素类和3种磺胺类抗生素氧化去除的研究

近年来,各类抗生素被广泛用于畜禽养殖,并经动物代谢后随粪便和尿液排出体外.代谢物通过沼气工程处理后,得到的沼液又多用于灌溉,使得抗生素进入环境被农作物吸收,进而通过食物链的传递对人体产生危害,因此,沼液中抗生素的去除就显得尤为重要.本文选择畜禽养殖中使用较多的6种抗生素作为目标物质,采用超声-Fenton氧化技术进行去除.通过设置单因素实验考察了超声能量密度、H_2O_2浓度、pH值、n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))对抗生素去除的影响,并利用响应曲面法研究了各个因素的交互性影响,拟合出去除抗生素的最优条件.结果表明,通过单因素试验筛选出的最佳反应条件为:pH=4,H_2O_2浓度为0.04 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10,超声能量密度为0.050 kW·L~(-1),在此条件下四环素、土霉素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶的去除率分别为91.90%、93.65%、86.09%、87.30%、77.54%、88.21%;再经由响应曲面法进一步优化实验方案得出优化条件为:pH=3.80,H_2O_2浓度为0.04 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10.9,超声能量密度为0.055 kW·L~(-1),在此条件下四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为92.04%、94.23%、88.46%,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶的去除率分别为87.98%、80.78%、89.58%,养分TN、TP、TK的保留率分别为99.1%、98.6%、100.2%.可见,超声-Fenton氧化法对沼液中抗生素的去除效果良好,同时又可保留其养分.响应曲面法对优化超声-Fenton氧化去除沼液中的抗生素具有实际应用价值,这为沼液中抗生素的去除提供了一条可能的途径.     

抗生素抗性基因(ARGs)——一种新型环境污染物

抗生素的环境污染与生态毒性近年来引起了日益广泛的关注.水产养殖和畜牧业抗生素长期滥用的直接后果,很可能诱导动物体内抗生素抗性基因,经排泄后将对养殖区域及其周边环境造成潜在基因污染.抗性基因还极有可能在环境中传播、扩散.对公共健康和食品、饮用水安全构成威胁.为此,提出了将抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,对该类污染物在环境中的来源、潜在的传播途径以及国内外相关研究进展进行综述,指出了当前形势下我国开展环境中抗生素抗性基因污染研究的必要性,建议尽快从国家层面上系统进行抗生素抗性基因的环境污染机理与控制对策研究.     

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.     

土壤中四环素类抗生素降解及对小白菜根系生长发育的影响

采用土培试验,分析了小白菜(Brassica campestris L.)的发芽率、生物量和根长指标对3种抗生素胁迫的敏感性,比较了不同土壤中四环素类抗生素污染对小白菜根长生长的影响,并研究了四环素类抗生素在不同土壤中的降解特性.结果表明,小白菜对3种抗生素的敏感性为根长发芽率生物量.抗生素处理土壤30 d时,4种土壤中小白菜根长对3种抗生素胁迫的敏感性均为砖红壤红壤青紫泥黑土;同种抗生素在4种土壤中的降解率为黑土青紫泥红壤砖红壤,同种土壤中3种抗生素的降解率为土霉素金霉素四环素.相关性分析发现,土壤中四环素类抗生素的含量与土壤有机质、氮磷钾含量和阳离子交换量呈显著负相关.     

城市河道再生水特征水质因子空间变异机制分析

受城市污水处理厂处理工艺的限制和水源来源复杂等因素限制,再生水中富含的无机氮和痕量持久性有机物在河湖补给过程中通过侧向渗漏或生物累积的方式造成潜在人体健康风险.探究再生水补给河道不同类型再生水特征水质因子空间变异规律及其成因对于河湖管理具有重要意义.以北运河京津冀段为研究区域,借助于聚类、判别、主成分和方差分解等方法探...     

北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析

后奥运时期首都北京的空气质量被更加关注,尤其是对于灰霾天与光化学复合污染的状况,而近地层数百米高度内的大气污染物与大气物理参数垂直分布观测对于空气质量变化过程评估至关重要.因此,本研究于2009年8月1-16日,在北京市325 m气象塔进行了相应的立体观测,观测平台垂直分布在距离地面高度8、47、120和280 m四层中.同时,在近地面320 m高度以内,分15层分别观测了大气温度、湿度、风速、风向.另外,使用气溶胶后向散射云高仪观测了边界层2.5 km内气溶胶后向散射系数.利用垂直分层的O3数据与边界层物理观测数据并结合天气形势、后向轨迹模式等方法,综合分析了本次观测数据之间的相互关系和内在联系.结果表明:夏季西北部低压槽控制的北京区域不利于低空大气扩散,容易形成光化学污染叠加灰霾污染,污染形成时白天地面小时最大φ(O3)可达120×10-9,280 m高度处可达155×10-9;来自西北偏西的气流一般较为干净,有利于北京污染物的清除,而来自西南和偏南的气流使北京的O3污染加重,导致区域性高浓度O3污染;在稳定天气条件下,夜间残留层与地面的φ(O3)差别越大,次日光化学生成的φ(O3)起点越高,表明残留层O3在次日混合层抬升过程中卷夹到地面,影响地面空气质量;300 m以内的近地层,在50 m高度左右存在φ(O3)变化程度剧烈层,这是城市冠层界面与大气化学反应共同作用的结果.