微量环丙沙星对曝气生物滤池生物膜成分组成及其抗性基因的演变影响

摘要

由于氟喹诺酮类抗生素（FQs）广泛使用，大量残留的FQs通过各种途径进入环境中造成一定的污染。长期微量FQs存在能诱导微生物产生耐药性，甚至是产生抗性基因（ARGs），威胁正常的生态平衡，引起人们的关注。研究表明，大量的FQs及其ARGs在污水处理厂聚集，甚至在污水厂出水中均被检测到。关于污水厂FQs和AR Gs的检测以及去除效果的研究日益增多。生物膜法也是一种高效的污水处理工艺，生物膜其独特的结构组成能够较好的去除污染物。然而，研究微量环丙沙星对曝气生物滤池（BAF）生物膜成分组成及其抗性基因的演变影响机理尚未明确。
　　因此，本文以BAF生物膜作为研究对象，探索研究长期微量环丙沙星（CIP）作用下，BAF生物膜中不同层次胞外聚合物（EPS）成分变化，以及生物膜胞内胞外ARGs的演变情况，并分析EPS、CIP-ARGs、intI1以及CIP四者之间的相关性。
　　（1）通过SEM电镜图可以观察到生物膜周边分布大量的EPS。为确定生物膜EPS提取的最佳方法，采用去离子水作为提取液，对比考察了8种方法对生物膜EPS提取效率及其组分含量的影响。结果表明，热提法（60oC）对生物膜紧密结合型胞外聚合物（TB-EPS）提取效率最高，提取量可达132.0 mg/gVSS，且对细胞破坏程度最小，DNA含量约占TB-EPS总量的7.0％，表明热提法为生物膜EPS提取的有效方法。此外，UV-vis光谱分析结果进一步证实，热提法在生物膜EPS提取过程中对细胞的破坏程度最轻。FT-IR光谱表明，采用化学法提取的EP S受到化学试剂的污染。
　　（2）探讨分析不同CIP浓度对BAF中生物膜的EPS的含量变化的影响。结果表明，投加CIP后，BAF系统COD、NH4+-N等污染物去除效率都有不同程度下降，经过一段时间适应后，去除率趋于稳定。由化学分析结合EEM图可知，总的EPS中TB-EPS含量最大，蛋白质为EPS的主要成分。受不同浓度CIP的影响，BAF生物膜的EPS含量变化明显。随着CIP浓度的增加，生物膜中的蛋白质的也相应增加，这可能是生物膜微生物的毒性对CIP的一种应激反应。结合平行因子分析6组TB-EPS的EEM谱图，可以确定1种类蛋白类物质组分 C1、2种类腐殖质荧光组分C2、C3。相关性分析结果表明，CIP与组件C1的荧光强度Fmax值、蛋白质含量显著相关，而在UV254、DOC、腐殖酸与C3的荧光强度 Fmax值相关性较强。因此，荧光组分强度，可以在一定程度上作为蛋白质，腐殖酸的定量计算的依据。
　　（3）探究持久性微量CIP作用下对生物膜CIP-ARGs的演变影响。结果表明：对比eDNA和iDNA的含量可知，胞外的抗性基因含量远远高于胞内抗性基因的含量，大约高1~2数量级。此外，对比底部顶部iDNA含量，parC抗性基因削减大约2个数量级，抗性基因oqxB、aac(6')-Ib浓度减少大约1个数量级，这说明BAF工艺对于不同抗性基因的削减具有选择性。投加CIP后，各取样点抗性基因qepA、parC浓度降低明显，aac(6')-Ib浓度整体有所提升。相关性分析表明，CIP与16S rRNA、intI1和aac(6')-Ib基因间存在一定的相关性。同时，aac基因与DNA、蛋白质、TB-EPS以及总的EPS之间均具有较为明显的正相关（P＜0.05）。表明在CIP诱导条件下，aac(6')-Ib基因得以大量表达，其编码控制合成的蛋白质也会增多，同时通过第一类整合子in tI1，在同种属菌株间和不同种属的菌株之间发生水平转移，促进更多的微生物获得抗性基因，导致微生物中抗性菌株的增多。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1 氟喹诺酮类抗生素污染现状

1.2 氟喹诺酮类抗生素抗性基因（FQs-ARGs）

1. 3 曝气生物滤池生物膜概述

1. 4 本课题的研究内容及意义

第二章 曝气生物滤池生物膜胞外聚合物提取方法对比研究分析

2. 1 材料和方法

2. 2 结果与讨论

2. 3 本章小结

第三章 微量环丙沙星作用下对曝气生物滤池生物膜成分组成的变化影响

3.1 材料和方法

3. 2 结果与讨论

3. 3 本章小结

第四章 持久性微量CIP暴露下对生物膜CIP-ARGs的演变影响

4.1 材料和方法

4. 2 结果与讨论

4. 3 本章小结

第五章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望

参考文献

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致谢