污水处理系统中抗生素抗性基因污染研究

【摘要】：近年来,由于抗生素在医药、畜牧和水产养殖业中的滥用而导致的环境中大量耐药性致病菌的出现引起了人们对抗生素及抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的广泛关注。鉴于抗生素抗性基因可以在环境中持久性残留,并且在不同环境介质中的传播和扩散,因此,抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物已成为环境领域的研究热点之一。污水处理系统中包含的抗生素、重金属、基因盒、整合子、大量微生物等因素都可能会对抗生素抗性基因的形成、水平转移和扩增起到积极作用,因此污水处理厂被认为是抗生素抗性基因的一个重要储存库。 本研究首先利用普通PCR技术对浙江地区8个农村无动力分散式生活污水处理系统和4个城市生活污水处理厂样品中抗生素抗性基因(四环素类tetM. tetO、tetQ、tetW基因；磺胺类sulⅠ、sulⅡ基因)和Ⅰ类整合子进行检测。对检测出含有抗生素抗性基因的样品,利用实时荧光定量PCR技术检测抗生素抗性基因的浓度(以拷贝数计)。研究结果表明： (1)在污水处理系统进水中,6种抗生素抗性基因的检出率均为100%且检出浓度较高,并且整体而言,城市污水处理系统进水中四环素类抗性基因浓度比农村高约一个数量级,而磺胺类抗性基因和Ⅰ类整合子的城乡差异不明显。对污水处理系统中抗生素抗性基因浓度、细菌总数、Ⅰ类整合子和污水处理系统处理规模进行相关性分析研究,结果表明,磺胺类sulⅠ基因浓度与Ⅰ类整合子浓度呈现正相关性(R2=0.756,P0.05)；四环素类tetM基因和磺胺类sulⅠ基因浓度与细菌总数存在一定的相关性(R2=0.552,P0.05tetM;R2=0.448, P0.05sulⅠ);四环素类tetQ和tet0基因浓度和污水处理系统处理规模之间存在显著正相关性(R2=0.712,P0.05tetQ;R2=0.394,P0.05tetO). (2)污水处理系统中,城市污水处理厂对抗生素抗性基因具有较好的去除效果：四环素类抗性基因为1.52～2.54个数量级,磺胺类抗性基因为0.93～1.95个数量级,Ⅰ类整合子为1.34～1.86个数量级,且四个污水处理厂对抗生素抗性基因的去除无显著差异(P0.05)。农村生活污水处理系统对抗生素抗性基因的去除能力较弱,且不同的处理工艺之间差异较大；含有人工湿地系统的处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果最好,多级厌氧生物滤池技术对抗生素抗性基因的去除效果次之,多介质土壤层耦合工艺对抗生素抗性基因的去除效果最弱。 (3)对污水处理厂全过程研究表明,污水处理厂初级处理工艺对抗生素抗性基因的去除作用可以忽略；二级处理过程中的好氧/厌氧工艺对于抗生素抗性基因有一定的削减作用,但并不显著；二沉池中污泥沉降作用是污水处理厂中抗生素抗性基因去除的主要机制之一,这将导致大部分抗性基因转移到污泥中,并且本研究在脱水污泥中检测到高浓度的抗生素抗性基因。 (4)三种污水深度处理工艺中就抗生素抗性基因的总体削减效果而言：人工湿地系统好氧生物滤池紫外处理系统,且好氧生物滤池、人工湿地系统均与紫外消毒系统中抗生素抗性基因的去除存在显著差异(P0.05)。人工湿地系统中四环素类抗性基因和磺胺类sutⅠ基因削减约为1.70～2.37个数量级；磺胺类sulⅡ基因和Ⅰ类整合子削减约为0.88～1.35个数量级。对人工湿地系统的进一步研究发现,抗生素抗性基因的去除与生物量的减少呈现正相关性(P0.05),且不同子系统对于抗生素抗性基因的去除效果不同,子系统Ⅲ中抗生素抗性基因的削减量大于其他子系统；对于水样和系统底泥样品中抗生素抗性基因的浓度进行线性拟合,研究结果显示污水中四环素类tetM和tetQ基因、磺胺类sulⅠ基因浓度与污泥中相应抗生素抗性基因的浓度呈现正相关性(tetQ:R2=0.881,P 0.05;tetM:R2=0.791,P0.05;sulⅠ:R2=0.879,P0.05).

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