两种抗生素的生产废水处理系统中抗药基因的产生和分布机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘苗苗 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 杨敏 ; 张昱 |
| 关键词 | 抗生素生产废水 抗药基因 微生物群落结构 受纳环境 臭氧氧化 antibiotic production wastewater antibiotic resistance genes microbial community structure receiving environment ozonation |
| 其他题名 | Proliferation and Distribution Mechanism of Antibiotic Resistance Genes in Production Wastewater Treatment Systems of Two Antibiotics |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 抗生素可通过多种途径进入环境，导致环境中抗药基因的普遍存在。而抗药基因能在病原菌和环境共生菌之间传播，病原菌一旦携带抗药基因，产生抗药性，就会给抗生素的临床治疗效果造成不利影响，严重威胁人类健康。因此，环境中的抗药基因作为一种新型污染物，受到广泛关注。目前关于抗药基因的研究主要集中在畜禽养殖业、水产业、医疗行业、城市污水处理厂等环境。但在一些抗生素生产大国，如中国和印度，含有高浓度抗生素和大量细菌的抗生素生产废水生物处理系统可能成为抗药基因的潜在污染源。至今为止，这类系统中抗药基因的产生和排放还未见系统报导。 本论文使用PCR和定量PCR方法，系统调查了两种抗生素(广谱的土霉素和相对窄谱的螺旋霉素)生产废水处理系统中抗药基因的类型和丰度，并从水平转移和微生物群落结构两方面分析了抗药基因的分布规律；在此基础上进一步考察了抗生素生产废水排放对受纳河流中抗药基因和细菌群落结构的影响，并初步探讨了基于臭氧氧化的抗药基因源头控制技术，取得以下主要成果： (1) 土霉素(广谱)生产废水处理系统：某土霉素生产废水处理系统的进水OTC浓度为1.0 - 10.2 mg/L，该系统的活性污泥中检测到9种四环素类抗药基因(tet基因)和2种转移因子，这些基因的相对丰度(与细菌16S rRNA基因的拷贝数之比)达到1.2×10-4 - 1.3×100，比肌酐废水处理系统和城市污水厂中的基因丰度高1-4个数量级，同时也高于已被列为危险废弃物的生产菌渣中的基因丰度(8.5×10-5 - 6.7×10-3)，表明土霉素生产废水处理系统是抗药基因的一个重要污染源。活性污泥中丰度最高的3种tet基因(外排泵类tet(A), tet(C), tet(G))与I型整合子(intI1)呈显著正相关，表明水平转移可能在tet基因的传播中发挥重要作用。克隆结果表明，tet(A), tet(C), tet(G)的宿主(革兰氏阴性菌)在出水和活性污泥中非常丰富。利用活性污泥法模拟低倍稀释的土霉素母液处理，在土霉素浓度为191.6 - 620.5 mg/L的条件下，系统中的细菌以Alpha和Beta-变形菌为主，并能维持CODCr的去除，活性污泥中tet基因的相对丰度与实际废水处理系统相当(9.8×10-1)，而intI1所携带的抗药基因盒多样性随土霉素浓度的增加而增加。 (2) 螺旋霉素(相对窄谱，主要抑制革兰氏阳性菌)生产废水处理系统：在某制药厂构建厌氧-好氧组合中试系统，用于处理螺旋霉素生产废水。厌氧和好氧污泥中有8种大环内酯类(MLS)抗药基因和3种转移因子被检出。在进水螺旋霉素浓度为12.4 – 41.8 mg/L的条件下，以革兰氏阴性菌为主要细菌的螺旋霉素生产废水处理系统好氧污泥中，MLS抗药基因丰度(总和3.7×100)也远高于肌酐/乙醇废水处理系统(总和1.1×10-2)和城市污水厂(总和1.6×10-2)，以革兰氏阳性菌为主要细菌的厌氧污泥中产生的抗药基因相对丰度(总和4.3×10-1)低于好氧污泥，表明该废水处理系统也是抗药基因的一个重要排放源，而厌氧处理有利于减少抗药基因的产生。好氧污泥中，核糖体保护类erm(B), erm(F), erm(X)丰度最高，酶修饰类ere(A), mph(B)其次，这些基因都和intI1呈现良好的正相关，表明水平转移在MLS抗药基因的传播中可能也发挥重要作用。 (3) 土霉素生产废水排放对受纳河流中tet基因及细菌群落结构的影响：在排放口及下游检出6种tet基因，对其中3种tet基因进行定量，发现排放口和下游的河水和沉积物中tet基因的相对丰度(3.3×10-3 – 2.4×10-1)显著高于上游(1.2×10-5 – 2.4×10-2)，表明污水排放造成了抗药基因的增加；同时，PCR-DGGE结果表明，污水排放显著改变了河流沉积物中的细菌群落组成，在排放口和河流下游频繁出现一些已报导的tet基因宿主细菌。 (4) 基于臭氧氧化的抗药性削减技术：臭氧消耗量达到0.4 mg O3/mg OTC0时，配水溶液中的土霉素被完全氧化，生成单加氧产物，该产物对金黄葡萄球菌(Staphylococcus aureus)的效价降低；用土霉素(10mg/L)和臭氧氧化后的土霉素对城市污水厂活性污泥进行为期18天的暴露，发现暴露于土霉素的活性污泥中抗药菌比例和抗药基因丰度显著升高，而暴露于臭氧氧化产物的活性污泥中细菌抗药性无显著变化；进一步对3种实际废水(废母液、进水、出水)进行臭氧氧化，发现土霉素废母液直接进行臭氧氧化最为经济有效。 |
| 公开日期 | 2014-08-22 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7641]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘苗苗. 两种抗生素的生产废水处理系统中抗药基因的产生和分布机制[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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