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散已成為全球關注的熱點。污泥作為污水處理系統(tǒng)的副產物，是環(huán)境中抗生素抗性基因和抗性細菌的重要存儲庫。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殘留可以誘導四環(huán)素抗性基因（TC-ARGs）的產生、傳播、擴散，以及耐藥菌的產生，攜帶有TC-ARGs和耐藥菌的剩余污泥直接排放到環(huán)境中會對人類健康造成威脅。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，對通過優(yōu)化厭氧消

2、化條件進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、有機負荷和溫度三個關鍵因素對剩余污泥中TC-ARGs在厭氧消化過程中演變特征，以及厭氧微生物群落結構的變化影響，同時通過對比不同因素影響下目標基因的變化行為，優(yōu)化確定四環(huán)素抗性基因最佳去除的厭氧消化反應條件參數(shù)，以期為工程實踐提供數(shù)據(jù)參考。
　　本研究的主要研究結論如下：
　?。?）TC的投加基本沒有對常規(guī)指標pH、VSS、VFAs（主要

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

4、500 mg·L-1和2000 mg·L-1。
　?。?）采用qPCR對厭氧消化污泥中的7種目標TC-ARGs（tetA、tetC、tetG、tetO、tetM、tetW和tetX）和 intI1進行檢測，所有目標基因在整個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和有機負荷因素的影響，受到溫度因素的影響顯著。溫度對大多數(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豐度的升高會造成抗性基因的水平基因轉移，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對目標TC-ARGs在厭氧消化過程中的演變產生了不同的影響。采用皮爾遜相關性分析TC-ARGs與乙酸、丁酸和intI1之間的關系。TC-ARGs在投加TC的高溫、0.60 gCOD·g-1VSS的有機負荷消化環(huán)境中均與乙酸存在顯著正相關性（0.972

7、因與intI1之間存在相關性，總體來看，TC-ARGs與之相關性不明顯。
　?。?）高通量測序結果顯示，TC濃度和有機負荷對細菌和古菌群落多樣性和豐富度基本沒有產生特別明顯的作用影響，細菌中的產酸菌和古菌中的產甲烷菌均對TC具有一定的耐藥性。溫度影響細菌和古菌群落的多樣性和豐富度，隨著溫度的升高，細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構組成差異性較大，高溫與常溫、中溫差