废水处理系统中抗生素抗性基因分布特征

废水处理厂被认为是抗生素抗性基因(ARGs)的重要污染源.为探究抗性基因在进水状况复杂的废水处理厂沿程的分布变化特征,选取以生产抗生素为主导行业的某化工园区废水处理厂,使用实时荧光定量PCR对废水处理厂沿程ARGs的种类、丰度变化进行研究.结果表明,废水处理厂水体中检出16种ARGs,四环素类、磺胺类ARGs为废水处理厂中占主导的抗性基因,并检出可移动遗传元件int I1,其丰度与磺胺类抗性基因的丰度(P 0. 05,r 0. 95)存在相关性,表明可移动遗传元件int I1可能促进了磺胺类抗性基因的迁移和转化.园区医药企业以合成大环内酯类抗生素为主,由于选择性压力,园区废水中,erm B抗性基因的绝对丰度远远高于其他废水中erm B的绝对丰度.废水经过废水处理厂生物处理工艺,总ARGs绝对丰度下降了1. 16个数量级,经过芬顿工艺处理后,总ARGs绝对丰度下降了2. 46个数量级,表明该废水处理工艺中深度处理工艺对ARGs的去除效果优于生物处理.高浓度、可移动的ARGs已经存在于水体中,如果没有得到有效治理,从废水处理厂排出,将给环境带来高度风险.     

Functional relationship between ammonia-oxidizing bacteria and ammonia-oxidizing archaea populations in the secondary treatment system of a full-scale municipal wastewater treatment plant

The abundance of ammonia-oxidizing bacteria and archaea and their amoA genes from the aerobic activated sludge tanks, recycled sludge and anaerobic digesters of a full-scale wastewater treatment plant (WWTP) was determined. Polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis were used to generate diversity profiles, which showed that each population had a consistent profile although the abundance of individual members varied. In the aerobic tanks, the ammonia-oxidizing bacterial (AOB) population was more than 350 times more abundant than the ammonia-oxidizing archaeal (AOA) population, however in the digesters, the AOA population was more than 10 times more abundant. Measuring the activity of the amoA gene expression of the two populations using RT-PCR also showed that the AOA amoA gene was more active in the digesters than in the activated sludge tanks. Using batch reactors and ddPCR, amoA activity could be measured and it was found that when the AOB amoA activity was inhibited in the anoxic reactors, the expression of the AOA amoA gene increased fourfold. This suggests that these two populations may have a cooperative relationship for the oxidation of ammonia.     

Horizontal and vertical gene transfer drive sediment antibiotic resistome in an urban lagoon system

Rapid urbanization has resulted in pervasive occurrence of antibiotic resistance genes (ARGs) in urban aquatic ecosystems. However, limited information is available concerning the ARG profiles and the forces responsible for their assembly in urban landscape lagoon systems. Here, we employed high-throughput quantitative PCR (HT-qPCR) to characterize the spatial variations of ARGs in surface and core sediments of Yundang Lagoon, China. The results indicated that the average richness and absolute abundance of ARGs were 11 and 53 times higher in the lagoon sediments as compared to pristine reference Tibetan lake sediments, highlighting the role of anthropogenic activities in ARG pollution. Co-occurrence network analysis indicated that various anaerobic prokaryotic genera belonging to Alpha-, Deltaproteobacteria, Bacteroidetes, Euryarchaeota, Firmicutes and Synergistetes were the potential hosts of ARGs. The partial least squares-path modeling (PLS-PM) analysis revealed positive and negative indirect effects of physicochemical factors and heavy metals on the lagoon ARG profiles, via biotic factors, respectively. The horizontal (mediated by mobile genetic elements) and vertical (mediated by prokaryotic communities) gene transfer may directly contribute the most to drive the abundance and composition of ARGs, respectively. Furthermore, the neutral community model demonstrated that the assembly of sediment ARG communities was jointly governed by deterministic and stochastic processes. Overall, this study provides novel insights into the diversity and distribution of ARGs in the benthic habitat of urban lagoon systems and underlying mechanisms for the spread and proliferation of ARGs.     

制药废水厂抗性基因和微生物群落相关性研究

以2座制药废水厂的生物曝气阶段为例,结合Miseq测序分析技术和荧光定量PCR技术研究活性污泥中微生物群落和β-内酰胺类抗性基因的分布特征、扩增情况及其相关性.结果表明：β-内酰胺类抗性基因OXA-1、OXA-2和OXA-10在2个水厂（J厂和K厂）中均能被检出,OXA型基因丰度在K厂中为5.82×10⁵~3.94×10⁷copies/g（干重）,在J厂的丰度范围为4.84×10⁷~1.09×10¹⁰copies/g,3种基因丰度在曝气处理中显著扩增.Miseq测序结果表明：K厂中主要优势菌门为Proteobacteria,Planctomycetes,Bacteroidetes,Chloroflexi和Acidobacteria等,总平均相对丰度比例为82.13%;J厂中主要优势菌门Proteobacteria,Bacteroidetes,Verrucomicrobia,Gemmatimonadetes和Thermi,总平均相对丰度比例为85.76%.冗余分析显示：生物群落中Bdellovibrio、KD8-87和Paracoccus等菌属可能是OXA-1、OXA-2和OXA-10的主要携带菌属;Hyphomicrobium、Thermomonas和Comamonadaceae可能是OXA-1的主要携带菌属,Caldilineaceae、Myxococcales和Pirellulaceae可能是OXA-10的主要携带菌属.     

基于遥感信息的吕梁山贫困区生态安全评价

本文基于四个时段的遥感影像光谱信息计算了吕梁山连片贫困区的遥感生态指数（RSEI）及植被覆盖度（FVC）,分析了其生态环境时空变化规律.结果表明：（1）1993~2018年间研究区FVC整体呈下降趋势,FVC由1993年0.65下降到2018年0.55;而RSEI整体上亦呈下降趋势,由1993年的0.47下降到2018年的0.40.（2）研究区整体生态环境呈退化趋势,其中北部、南部退化最为严重,除黄河沿岸外,其他河道沿线区域的FVC及生态环境退化明显.（3）研究区RSEI值整体偏低且区域差异性显著,其中部地区是生态环境最为脆弱,北部忻州及南部临汾地区近年来生态环境退化尤为显著.（4）FVC变化趋势与RSEI变化趋势基本一致,FVC的增加对生态环境产生积极影响,而经济快速发展带来的道路、建筑用地、农田的增加对生态环境产生消极影响.区域扶贫发展的过程中应注意平衡经济发展与生态环境保护间的关系,避免进一步损害该区脆弱的生态环境.     

基于QMEC分析的青藏高原不同类型冰川前缘地土壤微生物功能潜力

微生物通过多种功能代谢过程主导着因气候变暖裸露的冰川前缘地土壤元素的地球化学循环.以青藏高原的海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川的前缘地土壤为研究对象,分析不同类型冰川前缘地土壤的微生物功能特征.依次选择玉龙冰川、天山乌鲁木齐1号冰川和老虎沟12号冰川作为三类冰川的典型代表,采用高通量功能基因芯片(QMEC)检测土壤微生物的功能基因特征.结果表明,在三类冰川前缘地土壤中,半纤维素降解基因和还原型乙酰辅酶A途径相关的碳固定基因丰度最高,三者主要的氮功能基因和氨化作用有关,磷、硫功能基因则主要与有机磷矿化过程和硫氧化过程相关.其中,水热条件较好的海洋型冰川的微生物功能基因的种类与丰度最高,其次为环境较为干燥的极大陆型冰川.三类冰川前缘地土壤的微生物功能基因结构的显著差异,证实了地理环境差异对微生物功能特征的影响,也为不同类型冰川前缘地土壤微生物的功能及其介导的元素地球化学循环研究提供了基础.     

水—能源—粮食纽带关系若干问题解析

水、能源、粮食均为战略性、基础性资源,三者之间相互关联,彼此制约,深刻影响着人类的生产、生活和生态环境。通过梳理水—能源—粮食纽带关系领域的研究内容、研究方法、研究尺度等,进一步明确了变化环境影响下水—能源—粮食纽带关系概念框架及其风险关系的传递与表达,指出当前对水—能源—粮食纽带关系理解尚未统一,广泛采用的有“联系论”和“方法论”。现有研究对水—能源—粮食纽带关系进行了现状评估,资源间相互消耗关系的量化与不同情景下的仿真模拟。研究中存在数据缺失、不一致,评估因素单一,缺少动态反馈机制,难以真正应用到政策调控中等问题。因此,数据整合、模型集成、风险评估与动态调节、提高韧性、城市尺度研究和智慧管理,均是水—能源—粮食纽带关系发展关注的重点领域。     

玉米—大豆轮作体系对黑土土壤固氮菌群落结构及其质量的影响

以大豆连作（CS）、玉米连作（CM）、玉米—大豆轮作（MS）、玉米—玉米—大豆（MMS）和玉米—大豆—大豆（MSS）为研究对象,利用荧光定量PCR和高通量测序分析种植制度对土壤固氮菌丰度和群落结构的影响。结果表明：轮作中土壤有机质（SOM）、全磷（TP）、有效氮（AN）和有效磷（AP）的含量显著高于连作;轮作固氮菌丰度显著高于CM,显著低于CS;MMS与MSS固氮菌多样性显著高于CM;轮作和连作土壤固氮菌群落结构差异明显,全氮（TN）是固氮菌群落结构变化的主要驱动因子,种植制度通过土壤化学性质间接影响固氮菌丰度和多样性。这说明,在吉林省西部半干旱区,MSS与MMS更有利于土壤固氮菌繁殖,可以从微生物学的角度为合理种植和氮素调控提供科学依据。     

生态空间定量识别及时空演变特征分析——以呼伦贝尔市为例

生态空间作为国土空间的重要组成部分,是人类生产和生活的基础。以内蒙古呼伦贝尔市为例,系统构建了综合生态空间重要性指数评价指标体系,进行生态空间的定量识别研究。并在此基础之上,对生态空间的动态演变特征进行分析,找寻研究区生态空间的时空分异规律。研究表明：（1）研究区生态空间重要性指数整体偏高,研究期间核心型和重要型生态空间占总面积的比例始终处于50%水平之上,且呈现逐渐上升的趋势。（2）研究区生态空间的综合活跃程度经历了一个逐渐变大的过程,其中2015—2018年生态空间的综合活跃程度尤为强烈。（3）核心型、重要型和非关键型生态空间的稳定性较好,并且各类生态空间都主要向着重要性指数较高的生态空间类型进行转换。（4）生态空间重要性变化具有明显的空间异质性,研究期间重要性持续处于较高水平的生态空间主要分布在中部大兴安岭林区和核心水体区,而重要性持续处于较低水平的生态空间主要分布在西部牧区和东部农区。     

基于QSAR模型预测有机污染物在XAD与空气中的分配系数

基于定量构效关系(QSAR),运用线性(逐步多元回归MLR)和非线性(支持向量机SVM)两种计算方法开发了两种可靠且高效预测聚苯乙烯二乙烯基苯树脂(XAD)和空气之间分配系数(K_XAD-A)的模型.构建模型的数据包含醇类(Alcohols),苯类(Benzenes),多氯联苯(PCBs)和多环芳香烃(PAHs)等,共计70种有机污染物.两个模型的决定系数R²_adj和外部验证系数Q²_ext均在0.930以上,同时所有物质均在定义的应用域内,结果表明两种QSAR模型有较高的拟合度、稳健性和较为优秀的预测能力,且非线性(SVM)模型比线性(MLR)模型的拟合效果更好.