产电型人工湿地中抗生素抗性基因的产生与变化规律

发布时间：2017-06-21 15:02

  本文关键词：产电型人工湿地中抗生素抗性基因的产生与变化规律，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：抗生素因能提高生活质量而在全球范围内被广泛应用,多数抗生素在人和动物机体内都不能够被完全代谢,以原形和活性代谢产物的形式排到体外,经不同途径进入环境,诱导产生抗性基因(ARG)。环境抗生素对致病微生物抗药性基因的诱导以及环境抗药性基因向致病微生物的转移直接威胁着人类健康。微生物燃料电池(MFC)和人工湿地(CW)对难降解有机物均有良好的降解性能,本文利用人工湿地和微生物燃料电池对污染物的净化潜能以及二者在构造上可相互融合的优势,构建全新的产电型人工湿地(MFC-CW)。选取磺胺类抗性基因(sul)和四环素类抗性基因(tet)为研究对象,主要研究成果如下：3种磺胺类抗性基因(sul 1、sul2、sul 3)和5种四环素类抗性基因(tet A、tet C、 tet O、tet Q、tet W)在MFC-CW和CW的出水和填料中均有不同程度的检出。由于宿主细菌种类不适宜在湿地环境中生存,tetB和tet M抗性基因未能检出。两种类型湿地出水中sul基因相对丰度排序均为sul 1sul 2sul 3, tet基因排序为tet Atet Ctet Qtet Otet W。MFC-CW填料中sul基因相对丰度排序与出水中相同,tet基因相对丰度排序则是tet Atet Ctet W,tet O和tet Q相对丰度更低。MFC-CW出水中的8种ARG相对丰度均低于同组的CW(除tet O外,P0.05),MFC-CW对出水中ARGs的抑制作用优于CW。MFC-CW内的电子流动能够促进湿地内微生物加快对抗生素的降解,电子流动产生的电流可以消除一些耐药质粒。在MFC-CW和CW的出水中,磺胺甲恶唑(SMX)浓度与3种sul基因的相对丰度之间均无显著相关性(P0.05)。出水中的sul基因相对丰度可能受到除抗生素浓度外其他因素如交叉选择作用、浮游型生物和生物膜型微生物在出水中的比例、进水中ARGs相对丰度的差异等影响。CW出水中四环素(TC)浓度与tet基因有很强相关性,而MFC-CW仅在高浓度组出水中TC浓度与tet O和tet Q相对丰度有相关性。MFC-CW出水的抗性基因除sul 1和tet W之外,均与16S rRNA无相关性(P0.05),MFC-CW内部的电子流动影响了ARGs在水平传递时的调控因子表达、膜电位等,从而影响了二者之间的相关性。CW出水中8种ARGs和16S rRNA均呈显著性相关,ARGs在CW中的复制和传播受湿地环境中细菌浓度的影响。对MFC-CW填料附着微生物体内ARGs相对丰度进行研究发现,MFC-CW填料吸附的SMX浓度与3种sul基因相对丰度均呈正相关,吸附的TC浓度与5种tet基因相对丰度亦呈正相关(P0.05)。每个反应器内沿程填料中的总sul抗性基因相对丰度与总tet抗性基因相对丰度均表现为两极高,中间低。水力停留时间5d时,MFC-CW填料中总sul基因、总tet基因的相对丰度均低于水力停留时间为2.5d时的相对丰度,较长的水力停留时间有利于降低MFC-CW内总sul基因、总tet基因的相对丰度。共存碳源浓度的影响研究表明,进水中葡萄糖浓度越大,MFC-CW填料内总sul基因、总tet基因相对丰度越低。
【关键词】：微生物燃料电池 人工湿地 抗性基因 磺胺甲恶唑 四环素
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TM911.45
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 抗性基因9-11
• 1.1.1 抗性基因的来源及其危害9
• 1.1.2 水环境中抗性基因污染现状9-10
• 1.1.3 抗性基因的去除研究现状10-11
• 1.2 产电型人工湿地11-12
• 1.2.1 微生物燃料电池11-12
• 1.2.2 产电型人工湿地的提出12
• 1.3 分子生物学方法研究抗性基因12-13
• 1.3.1 聚合酶链式反应12-13
• 1.3.2 实时荧光定量PCR13
• 1.4 本课题的来源及研究意义13-15
• 1.4.1 课题来源13-14
• 1.4.2 研究意义14
• 1.4.3 研究内容14
• 1.4.4 技术路线14-15
• 第二章 试验装置与方法15-22
• 2.1 试验装置及材料15-17
• 2.1.1 试验装置15-16
• 2.1.2 试验材料16-17
• 2.2 测试方法17-22
• 2.2.1 常规指标测试方法17
• 2.2.2 抗生素测试方法17
• 2.2.3 抗性基因测试方法17-21
• 2.2.4 分析仪器21-22
• 第三章 MFC-CW和CW内抗性基因的PCR研究22-26
• 3.1 引言22
• 3.2 聚合酶链式反应22
• 3.3 琼脂糖凝胶电泳结果22-24
• 3.4 PCR定性结果分析24-25
• 3.5 本章小结25-26
• 第四章 MFC-CW和CW出水中抗性基因特征26-49
• 4.1 引言26
• 4.2 实验材料及方法26
• 4.2.1 试验材料26
• 4.2.2 试验方法26
• 4.3 两种类型湿地出水中抗性基因的热力图26-28
• 4.4 进水抗生素浓度对抗性基因相对丰度的影响28-44
• 4.4.1 进水磺胺甲恶唑浓度对MFC-CW和CW出水中磺胺类抗性基因的影响28-34
• 4.4.2 进水四环素浓度对MFC-CW和CW出水中四环素类抗性基因的影响34-44
• 4.4.3 分析讨论44
• 4.5 出水抗生素浓度与抗性基因的相关性研究44-46
• 4.6 出水中抗性基因之间的相关性研究46-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第五章 MFC-CW内部填料附着抗性基因的研究49-60
• 5.1 引言49
• 5.2 实验材料及方法49
• 5.2.1 试验材料49
• 5.2.2 试验方法49
• 5.3 MFC-CW内部微生物及ARGs的热力图49-51
• 5.4 MFC-CW内部ARGs的分布51-56
• 5.4.1 MFC-CW内部磺胺类抗性基因的分布52-54
• 5.4.2 MFC-CW内部四环素类抗性基因的分布54-56
• 5.5 水力停留时间对MFC-CW内部ARGs的影响56-57
• 5.6 进水共存碳源浓度对MFC-CW与CW反应器内部ARGs分布的影响57-58
• 5.7 本章小结58-60
• 第六章 结论与建议60-61
• 6.1 结论60
• 6.2 建议60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 发表论文67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：469001