制药废水中抗生素的去除技术研究进展

发酵类抗生素生产废水中残留抗生素及相关物质(残留效价)含量高,对废水生物处理系统微生物群落结构以及废水处理效果影响显著,同时会导致生物处理细菌耐药基因的产生和排放;因此,如何去除废水中残留抗生素及效价是解决抗生素废水处理难题的关键。在前期研究的基础上,提出高浓度抗生素生产废水残留抗生素效价的水处理控制目标,概述了水中抗生素去除的生物和物化技术的最新研究进展,提出了在废水生物处理之前进行抗生素选择性去除的强化催化水解预处理技术方案,结合生物处理之后采用高级氧化技术保障该类废水安全排放,并对未来该类废水处理技术的发展方向提出了建议,以期为行业的可持续发展提供技术支持和科学依据。     

微藻–细菌协同去除抗生素机理及其共适应机制

环境中抗生素残留不仅会影响生态系统结构和功能,还会诱导细菌耐药性的产生和传播,威胁人类健康. 我国生态环境部已将抗生素列入《重点管控新污染物清单（2021版）》,抗生素的环境监测和去除技术研发是对其污染管控的关键. 微藻–细菌共生体系具有生态友好、可持续发展和环境毒性耐受能力强等特性,可有效去除重金属、抗生素和内分泌干扰物等污染物. 鉴于微藻–细菌协同污水处理技术在提高污染物去除效率和固碳方面均具有独特优势,本文总结了微藻–细菌协同技术在抗生素废水处理中的研究和应用进展,重点归纳了微藻–细菌协同去除抗生素的可能机理及其适应机制,并对微藻–细菌共生体系未来研究重点和发展方向进行展望,以期为微藻–细菌协同污水处理技术的推广应用和抗生素污染管控提供科学依据.     

斑马鱼幼鱼尾鳍再生的不同阶段对微塑料毒性响应的差异

微塑料污染已成为全球性的环境问题。研究证实,水环境中的微塑料可被水生生物摄取,并在不同生物学水平上产生一系列的毒性效应。同时,对于野生生物而言,保持正常的组织修复与再生能力对于个体和种群均极为重要。然而,之前的研究已表明微塑料暴露可抑制斑马鱼幼鱼的尾鳍再生。但是,再生的不同阶段对于微塑料毒性响应是否存在差异则未见报道。本研究以聚苯乙烯微球为微塑料的代表,先通过比较斑马鱼幼鱼在尾鳍再生不同阶段(即断尾前、再生前期和再生后期)暴露于微塑料(3 mg·L^-1)后的尾鳍面积以及游泳行为的变化,从尾鳍结构和功能上确定再生不同阶段对微塑料毒性效应的响应差异;进一步地,通过研究免疫系统和再生信号通路关键基因的转录水平变化,初步揭示其中的相关机制。研究发现,微塑料暴露能够导致再生尾鳍面积减少。相较于断尾前或再生后期暴露,再生前期暴露的抑制程度更为显著。对幼鱼游泳行为的影响而言,不同阶段间也有类似的趋势。同时,3个阶段的暴露似乎能下调免疫系统相关基因的转录水平,且再生期2个阶段暴露的影响相较于断尾前暴露更为显著。而对于再生信号通路相关基因而言,其转录水平变化虽然较为复杂,但也呈现再生阶段暴露的影响更为显著的趋势。总之,本研究表明再生阶段暴露可能是微塑料抑制尾鳍再生的重要窗口期,微塑料颗粒和伤口微界面的相互作用在其影响尾鳍再生时具有重要的意义。     

AgNO3暴露对红车轴草光合作用的影响

从光合相关参数、显/超微结构和基因表达等方面探索了AgNO₃对红车轴草光合作用的影响。光合色素含量、光系统Ⅱ最大量子效率(F_v/F_m)、核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性和根长等指标在高浓度AgNO₃(588 μmol·L^-1)作用下分别降低了22.36%(叶绿素a)、18.6%(叶绿素b)、89.53%(F_v/F_m)、80.13%(核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性)和62.47%(根长)。然而在29 μmol·L^-1 AgNO₃暴露下,相比于对照组,叶绿素a含量、叶绿素b含量、F_v/F_m、核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性和根长分别增加了32.68%、38.37%、30.63%、79.11%和159.53%(低促高抑,即毒物兴奋效应)。另外,AgNO₃明显破坏了红车轴草的细胞结构,呈现为叶绿体的解体与细胞内容物的聚集。转录组分析鉴别到了光合相关基因的差异表达(例如SIGE、HD16和PSBQ),表明红车轴草积极调控基因表达以应对光合抑制。蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction, PPI)分析表明PETC、PSBO1与PSBO2为核心光合抗逆基因,STRING分析显示,AgNO₃显著影响了乙醇酸通路、光呼吸和CO₂固定等生物过程。本研究系统探索了AgNO₃暴露对红车轴草光合作用的影响机制,可以加深AgNO₃对植物毒性作用的理解。     

海洋环境中抗生素抗性基因的分布、来源、传播和风险研究

当前抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)在海洋环境中已普遍存在并广泛传播,具有潜在的生态健康风险。本文综述了国内外近岸海洋环境(河口、沿海地区以及周边海洋)和极地海域中ARGs的分布和归趋特征,总结了医疗废水、陆地径流、污水处理厂尾水和养殖废水等近岸海域ARGs的主要来源,分析了近岸海域ARGs的传播扩散途径和影响因素,探讨了近岸海域ARGs传播对人类健康构成的潜在风险以及评估方法。最后,我们从构建海洋环境中ARGs污染的标准化检测方法、深入研究海洋环境中ARGs的传播转移规律等方面对今后的研究进行了展望。本综述为全面了解海洋环境ARGs污染以及健康风险提供支撑。     

长期施用牛粪对褐土抗生素抗性基因多样性的影响

为探明长期施用牛粪对土壤抗生素抗性基因多样性的影响,以山西寿阳褐土长期定位试验为依托,选择5个施肥处理：CK(不施肥)、N₂P₁M₁(N：120 kg·hm^-2;P：37.5 kg·hm^-2;牛粪：22 500 kg·hm^-2)、N₄P₂M₂(N：240 kg·hm^-2;P：75 kg·hm^-2;牛粪：45 000 kg·hm^-2)、N₃P₂M₃(N：180 kg·hm^-2;P：75 kg·hm^-2;牛粪：67 500 kg·hm^-2)和N₀P₀M₆(牛粪：135 000 kg·hm^-2),采集玉米生长中期耕层(0～20 cm)土样,通过高通量实时荧光定量聚合酶链式反应,对土壤中的抗生素抗性基因(antibiotics resistance genes, ARGs)、可移动遗传元件及相关分类学基因等,共384个基因进行定量检测,分析其多样性及其与土壤理化因子的相关性。结果表明,随着牛粪施用量的增加,ARGs相关基因多样性逐渐增加,5个处理共有的ARGs相关基因亚型有64个,N₀P₀M₆处理特有ARGs相关基因亚型有21个,显著高于其他处理,各处理中含量最高的ARGs相关基因亚型为：AAC(6’)-Im、ANT(4’)-Ia、aadA5、AAC(3)-Via和copA;各处理中含量最高ARGs家族类型为氨基糖苷类、多药类、四环素类、氟喹诺酮类、大环内酯类-林可霉素类-链阳性霉素B类(MLSB)抗生素;不同处理间ARGs相关基因亚型的β-多样性差异显著,冗余分析表明,对ARGs差异影响最大的环境因子是pH、全氮和有机质。综上,畜禽粪肥还田虽然可以提升土壤肥力,促进作物生长,但同时也会造成ARGs的扩散和传播,今后的农业生产中需综合考虑环境生态效益,加大有机肥无害化处理力度,从而控制ARGs的环境风险。     

高浓度含油废水中不同组分烃的生物强化去除特性

为探究石油烃降解菌群对高浓度含油废水中不同组分烃的生物降解特性,向含油水相中接种石油烃降解菌群LW-10(Accession number: SRR15082184)进行降解实验。利用GC-MS研究了LW-10对原油中不同组分烃的降解性能,采用流式细胞术检测降解体系中的菌量变化。利用qPCR技术对控制不同组分烃降解的关键基因进行检测。结果表明,原油浓度为5000 mg·L⁻¹的含油废水中接种LW-10降解17 d,对原油中烷烃和多环芳烃组分的降解率分别为96.7%和28.4%。体系中的降解菌总浓度与高活性菌浓度由接种时的1.0×10⁸ cfu·mL⁻¹增加至2.1×10⁹ cfu·mL⁻¹和8.3×10⁸ cfu·mL⁻¹。检测的3种石油烃降解功能基因中,烷烃单加氧酶基因alkB2拷贝数由1.06×10⁸ copy·mL⁻¹变为2.84×10⁸ copy·mL⁻¹;芳烃双加氧酶基因Ahd由1.06×10⁸ copy·mL⁻¹降低至1.65×10⁷ copy·mL⁻¹;氧化还原酶基因PA4513由4.09×10⁶ copy·mL⁻¹增加增加至9.26×10⁸ copy·mL⁻¹。结果表明降解菌群LW-10对含油废水中的烷烃组分具有高效降解能力,对多环芳烃组分的降解能力较差。LW-10在降解石油烃过程中通过同化作用发生增殖,不同组分烃的降解效果与石油烃降解功能基因之间存在正相关关系。     

天津市中心城区集中供应管网末梢水的抗生素耐药基因污染特征研究

为了研究天津市中心城区集中供应管网末梢水的抗生素耐药基因（antibiotic resistance genes, ARGs）污染特征,采集了天津市中心城区6个采样点的管网末梢水样,分别采用微孔滤膜正压过滤法及核酸吸附-洗脱法富集水中细菌和胞外核酸后,利用实时定量PCR技术对15种胞内ARGs和胞外ARGs进行定量检测。结果表明,在待检的15种ARGs中,除了耐碳青霉烯类bla_KPC未被发现外,其余ARGs（mcr-1、vanA、bla_NDM-1、aadA、bla_TEM、sul1、tetM、tetA、dfrA1、rpoB1、catA1、ermB、katG和qnrA）均在天津市中心城区所有管网末梢水样中检出,其中,mcr-1、vanA、aadA、bla_TEM、sul1、tetM、tetA和dfrA1等8种在细胞内外含量均较高,分别占待检的胞内ARGs和胞外ARGs总量的97.25%和99.18%,以aadA最高,其次为bla_TEM和sul1;细胞内ARGs总绝对浓度高于细胞外（P<0.05）,前者为后者的3.8倍。天津市中心城区集中供应管网末梢普遍存在胞内ARGs和胞外ARGs污染,且细胞内外超级耐药基因均有检出。     

乙草胺对蛋白核小球藻的毒性效应研究

乙草胺是我国使用量最大的除草剂之一,在水体中广泛存在。已有研究证明,乙草胺对人类、老鼠和鱼类具有毒害效应,而关于其对浮游植物影响的研究较少。以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)为模型,使用1～10 000 μg·L^-1的乙草胺对其进行7 d的暴露实验,考察小球藻生长性能、叶绿素含量、光合作用产氧量以及光合作用相关基因(pbsA、rbcL和rbcS)表达的变化。结果表明,较低浓度的乙草胺可刺激蛋白核小球藻生长,而较高浓度乙草胺则会抑制其生长;并且乙草胺会通过影响小球藻叶绿素的含量而影响光合作用产氧量;小球藻光合作用相关基因pbsA、rbcL和rbcS表达大多显著上升,这可能是对乙草胺胁迫响应的反馈调节。研究表明,乙草胺会对蛋白核小球藻的生长及光合作用产生影响。     

亚硝态氮胁迫下菲律宾蛤仔实时定量PCR内参基因的筛选

为了更好地从基因角度研究亚硝态氮对贝类的生态毒性,需要筛选一个合适的内参基因作为参考,对其毒性相关基因进行定量表达分析。本研究以菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)作为研究对象,以亚硝态氮胁迫的鳃组织cDNA作为模板,利用geNorm软件和NormFinder软件对6个候选内参基因进行表达稳定性分析,并对2个结果做了综合赋权分析。结果显示,geNorm分析的基因表达稳定性结果为Actin>CyPA>EF1α>Ubi>18S>Tubu,NormFinder软件分析的结果为Actin>Ubi>CyPA>EF1α>18S>Tubu,最后经加权赋值法综合分析获得6个候选基因的表达稳定性为Actin>CyPA>Ubi>EF1α>18S>Tubu,即Actin为表达最稳定的基因。因此,Actin可以作为衡量亚硝态氮胁迫后菲律宾蛤仔鳃组织中基因表达的内参基因。