几种典型抗生素抗性基因在污水处理系统中的归趋研究

摘要

大量研究已经证实，多种人用和兽用抗生素的滥用已经导致了抗生素抗性细菌（ARB）和抗生素抗性基因(ARGs)在环境中的传播，并对环境水体造成污染。污水处理厂(WWTPs)的进水中含有大量抗生素和抗性基因，导致抗性基因在污水处理厂中大量存在，因此这些水厂对ARGs在环境中的增殖、交换、转导和传播扮演着重要的角色，是ARGs重要的潜在收纳者和污染源。
　　 研究中系统地调查了天津市两个相似的传统全流程污水处理厂，并对污水处理系统中的每一个单元进行了污水和污泥样品的采集，在优化DNA提取方法之后对样品DNA进行提取。实验中选取了四环类抗生素、磺胺类抗生素、喹诺酮类抗生素和大环内酯类抗生素等四类抗生素的30种抗性基因进行PCR定性检测。结果发现只有7种基因的检出率为0，而8种四环素抗性基因和3种磺胺类抗性基因的检出率超过80％，对比另两类抗性基因拥有更高的检出频率。总体来看，抗生素抗性基因存在于污水处理系统中的各个处理单元，而且抗性种类和基因型众多，尤其在系统含有生物活性污泥的处理单元中。
　　 进一步的研究中，选取了四类抗生素的16种抗性基因进行定量PCR分析。结果发现，对比于进水，大部分ARGs会在出水中有1-3个数量级的消减，这主要是因为在二沉池中大量抗性基因随着污泥沉淀，使得ARGs在水中的浓度大大降低。而且2号污水处理厂对ARGs的去除效果更好，主要因为1号水厂将回流污泥引入初沉池，延长了生物处理的时间，而2号水厂在最终出水前进行了氯气消毒，抑制了ARGs的扩增。而16S-rDNA分析也证明了ARGs含量的变化是随着存在于活性污泥中的微生物变化的。
　　 另外，研究对所有定量基因进行了整个污水处理系统中的基因拷贝数总量分析。结果发现，虽然大部分抗性基因的去除率超过98％，但是活性污泥中的含量却比进水高出0.29-4.22个数量级，其中1号污水处理厂中ARGs在脱水污泥中的含量约为进水的2-60倍，而在2号水厂中这一数值为3-170倍。这也证实了ARGs主要存在于活性污泥，包括回流污泥和脱水污泥当中，而且总含量在经过污水处理系统中有了明显的增加，因此污水处理系统的出水以及污泥应该进行进一步处理再排入环境中。
　　 研究以探讨污水处理系统对ARGs的消长作用、评估现有工艺为目的，为弄清几种典型的抗性基因在天津市污水处理厂中的现状提供第一手数据，结合ARGs在WWTPs中的归趋特征，为我国制定环境基准和排放标准提供参考依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 抗生素抗性基因概述与现状

第二节 抗生素抗性基因在污水处理系统中的污染现状

第三节 抗性基因在污水处理系统中的来源及形成机制

第四节 抗性基因在废(污)水处理系统的传播扩散机制

第五节 抗性基因在废(污)水处理系统的归趋

1．5．1 ARGs在水处理系统处理单元中的消长

1．5．2 污水处理工艺对ARGs的影响

1．5．3 抗性基因从污水处理系统排出后的归趋

第六节 研究目的与意义

第七节 研究内容、方法与创新点

1．7．1 研究内容及方法

1．7．2 研究创新点

第二章 实验部分

第一节 样品的采集和处理

2．1．1 仪器与试剂

2．1．2 采样与预处理方法

第二节 活性污泥和水样品DNA提取方法建立

2．2．1 仪器与试剂

2．2．2 实验方法的建立

第三节 不同处理单元抗性基因的定性PCR检测

2．3．1 引物设计

2．3．2 仪器与试剂

2．3．3 实验方法

第四节 不同处理单元抗性基因定量PCR检测

2．4．1 仪器与试剂

2．4．2 实验方法

第三章 实验结果与分析

第一节 样品DNA的提取结果检测

第二节 抗性基因在污水处理系统的检出

3．2．1 定性PCR实验结果

3．2．2 抗性基因在污水处理系统中的定性分析

第三节 抗性基因在不同处理单元的归趋

3．3．1 荧光定量PCR标准曲线绘制结果

3．3．2 抗性基因在污水处理系统中的丰度分析

3．3．3 16S-rDNA在污水系统中的丰度对比分析

第四节 ARGs在污水处理系统中的守恒分析

3．4．1 ARGs的总量平衡计算

3．4．2 ARGs的总量平衡分析

第四章 结论与展望

第一节 结论

第二节 不足与展望

参考文献

致谢

个人简历