活性污泥系統(tǒng)中四環(huán)素對其降解微生物抗性及群落結(jié)構(gòu)的作用影響.pdf

1、近年來，隨著四環(huán)素類抗生素使用量的不斷增大，不僅增大了四環(huán)素類抗生素的環(huán)境殘留，還誘導(dǎo)了四環(huán)素類抗生素抗性基因（TET-ARGs）的產(chǎn)生、傳播以及抗性菌產(chǎn)生的風(fēng)險，使得 TET-ARGs成為當(dāng)今人類健康面臨的重大威脅之一。污水處理系統(tǒng)作為環(huán)境中四環(huán)素類抗生素及其抗性基因的一個重要污染點源，已引起廣泛關(guān)注。研究城市生活污水處理廠中的四環(huán)素類抗生素去除和殘留情況，以及 TET-ARGs和抗性菌污染的情況，弄清其產(chǎn)生、遷移、演變的規(guī)律對于從污

2、水處理系統(tǒng)入手集中預(yù)防和治理該類污染具有重要的意義。
　　本研究以生活污水處理廠中常見的厭氧-好氧（A/O）工藝為例，主要研究污水處理工程中四環(huán)素類抗生素的降解去除行為及影響因素，及其對四環(huán)素對活性污泥中微生物抗性基因和抗藥菌的誘導(dǎo)和演變影響。以期為從污水處理系統(tǒng)著手有針對性的達到控制和去除四環(huán)素類抗生素及其抗性基因污染提供方向和依據(jù)。
　　本文的主要研究結(jié)論如下：
　?。?）微量TC的加入對A/O系統(tǒng)的運行效能具有一

3、定的作用影響，當(dāng)進水 TC濃度為500μg/L時，常規(guī)污染物去除率顯著降低。A/O系統(tǒng)對TC的總體去除效果較為平穩(wěn)，總?cè)コ试?4.8％~94.7%之間。相比好氧段， TC對厭氧段運行效果的影響較為顯著，表明TC對厭氧微生物具有明顯的抑制作用。TC經(jīng) A/O系統(tǒng)活性污泥生物降解主要有兩種降解產(chǎn)物均為TC的脫水產(chǎn)物，并無很大毒性。
　?。?）采用 qPCR對污泥樣品中7種目標(biāo) TET-ARGs（tetA、tetC、tetG、tetM

4、、tetO、tetW、tetX）、16S rRNA以及integron I進行檢測，所有目標(biāo) TET-ARGs在厭氧段和好氧段中均有被檢出。厭氧段活性污泥中TET-ARGs的濃度明顯高于好氧段活性污泥中TET-ARGs的濃度。厭氧段 TET-ARGs濃度范圍為9.56×104 copies/g（tetM）~1.03×107 copies/g（tetC），TET-ARGs存在規(guī)律為：tetC＞tetA＞tetO＞tetG＞tetW＞tet

5、X＞tetM。好氧段 TET-ARGs濃度范圍為8.11×102 copies/g（tetW）~2.05×106 copies/g（tetA），TET-ARGs存在規(guī)律為：tetC＞tetG＞tetA＞tetM＞tetO＞tetX＞tetW，核糖體保護機制的 TET-ARGs（tetM、tetO和 tetW）濃度均較低，表明其演變繁殖在好氧環(huán)境條件下受到抑制。
　?。?）TC可誘導(dǎo) TET-ARGs產(chǎn)生和變化，本研究發(fā)現(xiàn)投加 TC

6、對厭氧活性污泥和好氧活性污泥中的 TET-ARGs造成了不同的影響。采用皮爾遜相關(guān)性分析 TET-ARGs的相對表達量與 TC之間的關(guān)系。在厭氧段中，tetC、tetG和tetM與TC呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性（0.964≤r≤0.991，P<0.05）；在好氧段中，僅 tetG與 TC呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)性（r=0.961，P<0.05）。表明 TC的存在對 tetC、tetG和tetM的產(chǎn)生和演變具有一定的選擇性壓力。A/O系統(tǒng)對 tetA

7、去除效果顯著，且tetA對TC的壓力作用比較不敏感，高濃度TC對tetA會產(chǎn)生壓力影響。
　?。?）整合子是細(xì)菌抗藥性迅速產(chǎn)生和遷移的重要原因之一。本研究對 A/O系統(tǒng)中厭氧段和好氧段 TET-ARGs與 I類整合子之間的相關(guān)性進行分析，在厭氧段中，tetC、tetG、tetM與 I類整合子呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性（0.824≤r≤0.916，P<0.05）；在好氧段中，僅 tetA與I類整合子之間存在顯著正相關(guān)性（r=0.587，P<0

8、.05）。TET-ARGs之間也存在著一定的相互關(guān)聯(lián)。但 TET-ARGs相互之間關(guān)系較為復(fù)雜，在不同環(huán)境中表現(xiàn)的相關(guān)性不盡相同，同一抗性機制的 TE T-ARGs之間存在的相互關(guān)系更為顯著。
　　（5）高通量測序結(jié)果表明，A/O系統(tǒng)中厭氧段優(yōu)勢菌屬為Proteobacteria、Bacteroidetes和 Firmicutes，好氧段的優(yōu)勢菌屬為Proteobacteria和Bacteroidetes。TC的投加對A/O系統(tǒng)微

9、生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定影響。低濃度的 TC對細(xì)菌微生物生長無抑制作用，反而對微生物菌群的多樣性具有促進作用。高濃度的 TC對厭氧和好氧微生物菌群均產(chǎn)生較為顯著的抑制或殺滅作用，使得菌群的多樣性呈現(xiàn)下降的趨勢。但厭氧段和好氧段中微生物差異性較大， TC的污染脅迫改變了活性污泥中微生物群落的組成，降低了微生物群落結(jié)構(gòu)的相似程度。好氧微生物群落結(jié)構(gòu)變化較厭氧活性污泥中微生物的群落結(jié)構(gòu)變化大，但好氧段中微生物群落抵抗和適應(yīng) TC的能力比厭氧池中