流域水体及饮用水处理过程中抗生素抗性基因的行为特征

发布时间：2020-05-23 01:58

【摘要】：抗生素被广泛应用于感染性疾病的控制,是20世纪最重要的医学发现之一。然而,长期不合理使用和滥用抗生素导致细菌产生了耐药性。作为细菌耐药性的根本原因,抗生素抗性基因已被认为是一种新型污染物。人类活动会导致地表水环境中抗生素抗性基因的广泛传播,而自来水厂常以河流、水库为饮用水水源,抗生素抗性基因污染的控制需求对饮用水处理工艺提出了新的挑战。自来水厂常采用生物活性炭工艺作为饮用水深度处理工艺,但关于生物活性炭对抗生素抗性基因处理效果的研究报道较少。科学评估饮用水生物活性炭等工艺过程中抗生素抗性基因的行为特征和传播规律,将有助于饮用水保障和人类健康保护。本研究通过高通量荧光定量PCR、16SrRNA高通量测序技术等,调查研究城郊流域水体中抗生素抗性基因、细菌群落结构等的四季时空分布特征,评估人类活动对抗生素抗性基因传播的影响程度。在饮用水水源背景的调查基础上,研究实际自来水厂生物活性炭工艺中抗生素抗性基因的行为特征,鉴别目标风险基因并解析其传播机制。结合小试研究结果,本研究对活性炭种类、空床接触时间、反冲洗方式等生物活性炭工艺参数进行建议,为实际生物活性炭工艺中抗生素抗性污染的控制提供理论基础。研究结果显示,城镇、农村等人类区域抗生素抗性基因是背景值5.2-33.9倍,人类活动能造成抗生素抗性的普遍污染,高温季节污染程度更为严重。可视化分析(基因网络和LEfSe分析)鉴别了城郊流域水体中抗生素抗性基因和细菌群落结构的生物标记,blaVEB和tetM可作为代表污染基因以便于长期监测。相关性分析认为,城郊流域水体中细菌群落结构、可移动基因元件均与抗生素抗性基因显著相关性,其中可移动基因元件是其传播扩散的主控因素。自来水厂生物活性炭工艺中研究结果显示,该工艺会导致饮用水抗生素抗性污染的加剧,抗生素抗性基因的检出数量以及β-内酰胺类、喹诺酮-氯霉素类、大环内脂-林可酰胺-链阳性菌素B类抗性基因的相对丰度均上升了 1倍。源解析认为,出水抗生素抗性基因结构受到了活性炭表面生物膜的影响,29个目标风险基因进入饮用水后,不能得到有效的控制,将对人类健康产生潜在危害。通过实验室小试研究,活性炭选型会对生物膜形成和出水水质产生影响,煤质炭效果好于木质炭,SEM电镜结果显示可能与活性炭孔隙结构有关,载银活性炭能依靠银离子抑菌效果而有效控制抗生素抗性传播。生物活性炭长期运行过程中,空床接触时间影响到出水水质情况,且存在膜污染的突变点,抗生素抗性基因的显著上升。综合考虑下,空床接触时间设置为20min,并在达到突变点后进行气洗等反冲洗处理,可有效保障出水水质。
【图文】：

溪流,位置图,子流域

结合流域特征和当地人类活动实际情况，樟溪流域分为四个子流域，人类活逡逑动程度比较为：子流域４＞子流域１＞子流域２＞子流域３，并设立１６个采样点，逡逑图２－２为樟溪流域卫星地图和采样点分布，图２－３为樟溪流域子流域划分示意图逡逑和采样点分布。子流域１为樟溪主河道上游，有大量村庄和部分农田，历史上曾逡逑有大量畜禽养殖场，但在近年内陆续关闭。子流域２为樟溪支流上游流域，有少逡逑量村庄和农田、经济植物园等。子流域３为樟溪另一支流上游流域，主要为丘陵，逡逑较少人类居住，有一小型水库。子流域４为樟溪下游，主要为城镇居民用地和工逡逑业用地，人口密度大，，人类活动频繁。三个子流域上游采样点位（Ｗｌ、Ｗ１１、逡逑Ｗ１４）均为当地饮用水水源地，而上游地表水也常被当地居民使用为饮用水。逡逑对樟溪流域１６个采样点进行一年四季采样，分别为２０１６年３月（气温：２－逡逑５。０

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逦ｕｒｉ？－Ｍ＞ｉ逦ｉＭｉｍ逡逑图２－３樟溪流域子流域划分示意图逡逑Ｆｉ＾．邋２－３邋Ｓｕｂｃａｔｃｈｍｅｎｔ邋ｏｆ邋Ｚｈａｎｇｘｉ邋Ｒｉｖｅｒ逡逑２．２＿２邋ＤＮＡ邋提取逡逑水样ＤＮＡ提取的预处理采用抽滤方式富集微生物，用０．２２邋ｐｍ滤膜进行真逡逑空抽滤，过程中注意无菌操作。抽滤至滤膜完全抽滤不动，记录抽滤水样体积，逡逑并用灭菌镊子对折滤膜，包入锡纸并保存在－２０°Ｃ下并与１２邋ｈ内进行后续ＤＮＡ逡逑提取步骤。逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;TU991.2

【参考文献】