城市污泥厌氧消化中耐药菌与抗性基因的分布特征及其去除研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 佟娟 |
| 学位类别 | 博士后 |
| 答辩日期 | 2013-11 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 魏源送 |
| 关键词 | 耐药菌 抗性基因 微波 中温厌氧消化 宏基因组学 antibiotic resistance bacteria antibiotic resistance genes microwave mesophilic anaerobic digestion Metagenomics |
| 其他题名 | The distribution and removal of antibiotic resistance bacteria and genes during anaerobic digestion of municipal sludge |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 由于人们长期使用、滥用抗生素，导致环境微生物对抗生素的耐药性逐渐增强，严重威胁环境和人类健康。城市污水处理厂是耐药菌与抗性基因的重要储存库，尤其是城市污泥中含有大量的耐药菌与抗性基因，有传播抗性污染的潜在危险。但目前对城市污泥处理过程中抗性污染控制的研究较少。本研究结合传统微生物培养、分子生物学、宏基因组学方法对污泥中温厌氧消化过程中耐药菌、抗性基因的分布、去除及其传播机制进行了探讨，并探寻了通过强化厌氧消化增强抗性污染控制的污泥处理工艺，可为今后城市污泥的抗性污染控制提供科技支撑。 本研究以β-内酰胺类、四环素类抗生素的耐药菌与抗性基因为对象，对某城市污水处理厂中温污泥厌氧消化工序进行了为期一年的调查研究，结果表明：进泥中含有6.55~10.47 logCFU/gTS耐药菌，9.04~11.11 log copies/gTS抗性基因；β-内酰胺类耐药菌及其耐药率均高于四环素类。进泥中总异养菌及耐药菌(除金霉素耐药菌外)的浓度均为寒冷季高于温暖季（P<0.05）；厌氧进泥中tet(A)、tet(M)、tet(O)在温暖季显著高于寒冷季（P<0.05）；而blaSHV、blaCTX-M、ampC、tet(X)、intI1与16SrRNA则在寒冷季略高；抗生素耐药率与除intI1外所有抗性基因的丰度无明显季节性变化。中温厌氧消化可以去除1.48~1.64 logCFU/gTS的耐药菌（P<0.05），但会导致氨苄西林与头孢噻吩耐药率显著增加；尽管厌氧消化能显著去除tet(M)、tet(X)（分别去除0.40和0.51 log copies/gTS），但会导致tet(A)、tet(C)、blaSHV、ampC的丰度增加；tet(M)、tet(O)、tet(X)、intI1、blaCTX-M的丰度经厌氧消化处理后降低。 结合课题组以往污泥预处理研究成果，分别考察了微波（MW）、微波-酸（MW-H）、微波-过氧化氢-碱（MW-H2O2）三种污泥预处理工艺强化厌氧消化过程中耐药菌与抗性基因的变化，研究发现 MW-H工艺对耐药菌与抗性基因的去除效果最佳；各种微波工艺处理 5min后对耐药菌均有较好的去除，但会导致土霉素与头孢噻吩耐药率增加；MW与 MW-H2O2对抗性基因去除效果不明显；微波处理时间越长对耐药菌和抗性基因处理效果越好，但对 DNA的破坏作用有限：微波 40min后虽然未培养出任何细菌，但仍存在 6 logCFU/gTS以上的抗性基因。在微波预处理后的厌氧消化 BMP试验中，除氨苄西林耐药菌外所有耐药菌都有较好的去除效果；各种抗生素耐药率均呈下降趋势；16SrRNA与大部分抗性基因在厌氧消化后略有增长，四组试验后污泥的抗性基因无明显差别；抗性基因丰度大多成下降趋势，MW-H2O2组对抗性基因丰度削减效果最佳。总体来说，MW-H2O2预处理+厌氧消化工艺在预处理过程中释放的溶解性有机物最多，在 BMP试验中累积产甲烷量最大，对抗性基因丰度的削减效果最好，是最佳强化厌氧消化污泥处理工艺。 通过宏基因组的检测分析方法探讨了污泥厌氧消化过程中抗性基因转归与传播的机制，结果表明：进泥的微生物群落多样性大于出泥。虽然厌氧消化后生物量减少、微生物群落多样性降低，但仍发生了基因的水平转移，导致出泥抗性基因增加；进泥中抗性基因丰度从多到少依次是：多重耐药类、杆菌肽类、氨基糖苷类、磺胺类、四环素类、大环内酯类、β-内酰胺类；经厌氧消化后，氨基糖苷类、磺胺类、氯霉素、β-内酰胺类抗性基因的丰度降低，而多重耐药类、杆菌肽类、四环素类抗性基因的丰度增加；厌氧消化过程中 Neisseria与 Bacteroides丰度的减少是 tet(O)与 tet(X)丰度降低的主要原因，Escherichia、Pseudomonas、Flavobacterium丰度的降低是 β-内酰胺抗性基因丰度降低的主要原因；Bacteroides、Clostridium、Ruminococcus、Syntrophobacter与 Syntrophomonas是城市污泥厌氧消化过程中主要的产乙酸菌；Methanoculleus与 Methanospirillum是主要的产甲烷菌；BMP MW-H2O2组产甲烷量高于 BMP control组的关键原因是前者具有更多的产乙酸菌与产甲烷菌。功能菌群中只有产乙酸菌 Bacteroides最有可能携带抗性基因，会造成抗性传播。 |
| 公开日期 | 2014-09-03 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7667]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_水污染控制实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 佟娟. 城市污泥厌氧消化中耐药菌与抗性基因的分布特征及其去除研究[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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