生物膜电极与产电型湿地组合技术去除抗生素及控制抗性基因的研究

摘要

本研究对BER-MFC-CW系统在不同SMX浓度，运行时间，HRT下对SMX去除以及同步产电进行研究，重点对出水及填料中附着的抗性基因进行PCR定性检测，结果发现3种sul抗性基因(sulⅠ、sulⅡ、sulⅢ)在样品中均有检出，并利用q-PCR，定量分析出水和填料中抗性基因相对丰度的变化，最后对BER-MFC-CW填料样品中微生物群落多样性及结构差异性进行研究。主要结论如下:
　　(1)BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统在SMX浓度为4mg/L时，产电为1.1V，而当SMX浓度为2mg/L时，产电为1V;BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统内的产电性能随着HRT的延长在降低;随着运行时间的延长，BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统的产电性能在降低。
　　(2)通过检测出水中SMX浓度，发现BER-MFC-CW两种系统均对SMX有着较好的去除能力，在不同SMX浓度和HRT下，SMX最终去除率均能达到95％以上。BER去除抗生素的能力随着HRT变化较大，当HRT=4h时，抗生素去除率为48％，当HRT=16h，抗生素去除率为75％。MFC-CW去除抗生素的能力不随HRT变化，去除率均高达95％。MFC-CW对SMX的去除主要发生在阳极。
　　(3)对于出水中的sul基因，BER-MFC-CW两种系统对sul基因有着较好的去除能力，能去除1个数量级的sulⅠ、sulⅡ、sulⅢ抗性基因。随着HRT和运行时间的延长，去除抗性基因能力降低。在BER-MFC-CW两种系统出水中，3种sul基因相对丰度的排序为sulⅠ＞sulⅡ＞sulⅢ，BER出水中sul基因相对丰度高于MFC-CW出水中sul基因相对丰度。
　　BER和MFC-CW出水中sul基因相对丰度随着SMX浓度的升高而增加，BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统出水中sul基因相对丰度低于BER-MFC-CW普通组合系统，sul基因的相对丰度随运行时间的延长均无明显变化。
　　BER-MFC-CW物质和能量双重耦合系统中，BER和MFC-CW出水的抗性基因相对丰度随HRT的降低而增加。
　　(4)对于填料中的sul基因分布，BER和MFC-CW内部三种磺胺类抗性基因相对丰度排序为sulⅠ＞sulⅡ＞sulⅢ，BER填料中sul基因相对丰度高于MFC-CW填料中sul基因相对丰度。

目录

声明

第一章 绪论

1．1 抗性基因

1．1．1 抗性基因的基本概况

1．1．2 抗性基因的污染现状

1．1．3 抗性基因的去除研究现状

1．2 生物膜电极反应器耦合产电型人工湿地

1．2．1 产电型人工湿地

1．2．2 生物膜电极反应器

1．2．3 生物电化学耦合技术

1．3 分子生物学方法

1．3．1 PCR反应

1．3．2 实时荧光定量PCR

1．3．3 高通量测序

1．4 本课题的来源及研究意义

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究意义

1．4．3 研究内容

1．4．4 创新点

1．4．5 技术路线

第二章 试验装置与方法

2．1 试验装置和材料

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验材料

2．1．3 试验方法

2．2 测试方法

2．2．1 常规指标测试方法

2．2．2 抗生素测试方法

2．2．3 抗性基因测试方法

2．2．4 分析仪器

第三章 BER-MFC-CW系统去除抗生素及出水中抗性基因的特征

3．1 试隧材料及方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验方法

3．2．2 HRT对MFC-CW系统产电的影响

3．3 BER-MFC-CW系统对抗生素的去除效果

3．3．2 HRT对BER和MFC-CW去除抗生素的影响

3．4 BER-MFC-CW系统中抗性基因的绝对丰度

3．4．2 HRT对BER-MFC-CW出水中抗性基因绝对丰度的影响

3．5 BER-MFC-CW系统中抗性基因的相对丰度

3．5．1 SMX浓度对BER和MFC-CW出水中抗性基因相对丰度的影响

3．5．2 HRT对BER和MFC-CW出水中抗性基因相对丰度的影响

3．6 本章小结

第四章 BER-MFC-CW内部填料附着抗性基因的研究

4．1 试验材料及方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验方法

4．2．1 SMX浓度对BER和MFC-CW填料中抗性基因绝对丰度的影响

4．2．2 HRT对BER和MFC-CW填料中抗性基因绝对丰度影响

4．3 BER和MFC-CW内部抗性基因的相对丰度

4．3．1 SMX浓度对BER和MFC-CW填料中抗性基因相对丰度的影响

4．3．2 HRT对BER和MFC-CW填料中抗性基因相对丰度的影响

4．4 本章小结

第五章 BER-MFC-CW系统填料中微生物多样性研究

5．1 测定方法

5．1．1 试验方法

5．1．2 数据分析‘

5．2．1 细菌丰富度及多样性分析

5．2．2 细菌群落结构变化分析

5．2．3 细菌群落结构差异性分析

5．3 MFC-CW内部填料中微生物多样性

5．3．1 细菌丰富度及多样性分析

5．3．2 细菌群落结构变化分析

5．3．3 细菌群落结构差异性分析

5．4 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 不足和展望

致谢

参考文献

作者简介