四環(huán)素抗性基因在污泥厭氧消化過程中的演變特征及其影響因素.pdf

1、近年來，抗生素及抗性基因的污染與擴(kuò)散已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。污泥作為污水處理系統(tǒng)的副產(chǎn)物，是環(huán)境中抗生素抗性基因和抗性細(xì)菌的重要存儲(chǔ)庫。四環(huán)素（TC）是一種最常用的抗生素之一，污水處理系統(tǒng)中的TC殘留可以誘導(dǎo)四環(huán)素抗性基因（TC-ARGs）的產(chǎn)生、傳播、擴(kuò)散，以及耐藥菌的產(chǎn)生，攜帶有TC-ARGs和耐藥菌的剩余污泥直接排放到環(huán)境中會(huì)對(duì)人類健康造成威脅。因此，研究不同TC-ARGs在污泥厭氧消化過程中的演變規(guī)律及其影響因素，對(duì)通過優(yōu)化厭氧消

2、化條件進(jìn)一步提高其去除效果具有重要意義。
　　本研究主要考察了四環(huán)素（TC）濃度、有機(jī)負(fù)荷和溫度三個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)剩余污泥中TC-ARGs在厭氧消化過程中演變特征，以及厭氧微生物群落結(jié)構(gòu)的變化影響，同時(shí)通過對(duì)比不同因素影響下目標(biāo)基因的變化行為，優(yōu)化確定四環(huán)素抗性基因最佳去除的厭氧消化反應(yīng)條件參數(shù)，以期為工程實(shí)踐提供數(shù)據(jù)參考。
　　本研究的主要研究結(jié)論如下：
　?。?）TC的投加基本沒有對(duì)常規(guī)指標(biāo)pH、VSS、VFAs（主要

3、以乙酸和丁酸為主）的變化產(chǎn)生明顯的影響，但是對(duì)產(chǎn)甲烷性能具有一定的抑制作用。在不調(diào)節(jié)pH的情況下，0.30~0.60 gCOD·g-1VSS的有機(jī)負(fù)荷結(jié)合中溫條件能夠增強(qiáng)VSS的削減率，0.60 gCOD·g-1VSS的有機(jī)負(fù)荷條件還能夠促進(jìn)污泥產(chǎn)乙酸和丁酸。高溫加快厭氧消化進(jìn)程，促進(jìn)污泥快速產(chǎn)酸造成pH值波動(dòng)幅度較大，在5.8~8.0之間。從低溫升至中溫的過程促進(jìn)VFAs中單組分有機(jī)酸乙酸和丁酸的生成，乙酸和丁酸最高質(zhì)量濃度分別可達(dá)3

4、500 mg·L-1和2000 mg·L-1。
　?。?）采用qPCR對(duì)厭氧消化污泥中的7種目標(biāo)TC-ARGs（tetA、tetC、tetG、tetO、tetM、tetW和tetX）和 intI1進(jìn)行檢測(cè)，所有目標(biāo)基因在整個(gè)厭氧消化過程中均被檢出。TC-ARGs在厭氧消化過程中的演變不受 TC和有機(jī)負(fù)荷因素的影響，受到溫度因素的影響顯著。溫度對(duì)大多數(shù)TC-ARGs起到削減的作用，總體削減效果依次為20 oC<35 oC<55 oC

5、。不同抗性機(jī)理的抗性基因表現(xiàn)不一致，編碼外排泵蛋白基因和編碼鈍化酶基因比編碼核糖體保護(hù)蛋白基因在厭氧消化過程中更容易被去除，高溫環(huán)境中tetA、tetC、tetG和tetX最大削減率分別為99.90％、99.97%、99.99%和99.97%。高溫對(duì)intI1有一定的削減效果，削減幅度約1.54log~2.59log。intI1豐度的升高會(huì)造成抗性基因的水平基因轉(zhuǎn)移，是tetO和tetW基因在20 d到60 d之間豐度升高的可能原因。<

6、br>　?。?）VFAs（乙酸和丁酸）和intI1對(duì)目標(biāo)TC-ARGs在厭氧消化過程中的演變產(chǎn)生了不同的影響。采用皮爾遜相關(guān)性分析TC-ARGs與乙酸、丁酸和intI1之間的關(guān)系。TC-ARGs在投加TC的高溫、0.60 gCOD·g-1VSS的有機(jī)負(fù)荷消化環(huán)境中均與乙酸存在顯著正相關(guān)性（0.972

7、因與intI1之間存在相關(guān)性，總體來看，TC-ARGs與之相關(guān)性不明顯。
　?。?）高通量測(cè)序結(jié)果顯示，TC濃度和有機(jī)負(fù)荷對(duì)細(xì)菌和古菌群落多樣性和豐富度基本沒有產(chǎn)生特別明顯的作用影響，細(xì)菌中的產(chǎn)酸菌和古菌中的產(chǎn)甲烷菌均對(duì)TC具有一定的耐藥性。溫度影響細(xì)菌和古菌群落的多樣性和豐富度，隨著溫度的升高，細(xì)菌群落多樣性和豐富度減小，古菌群落多樣性增大，豐富度受到一定程度抑制。不同溫度樣品間的微生物群落結(jié)構(gòu)組成差異性較大，高溫與常溫、中溫差