氨苄青霉素对海洋厌氧氨氧化菌脱氮性能的影响研究
发布时间：2021-11-25 07:31
海洋厌氧氨氧化菌（MAB）,因其具有的耐盐特性和低温耐性,在高盐废水的脱氮处理方面具有明显优势,然而MAB对于多种抑制因子（重金属离子及抗生素等）的敏感性导致了其在大规模工程应用中受到限制。氨苄青霉素（AMP）是一种常见的广谱β-内酰胺类抗生素,具有生产成本低、抑菌效果好、生物毒性弱等优点,在医疗卫生、渔业、水产及海产养殖等领域被广泛且大量的使用,然而关于氨苄青霉素对MAB脱氮性能的影响却鲜有报道。本实验采用序批式反应器（sequencing batch reactor,SBR）首次研究了氨苄青霉素对MAB处理高盐废水的影响。实验结果表明,在氨苄青霉素的胁迫下,反应器中发生细胞裂解,混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）一度降低至1.677 g/L,而胞外聚合物（EPS）,如蛋白质和多糖,其含量分别上升至325.50和111.81 mg/g VSS。最终,在高浓度氨苄青霉素（300mg/L）的长期抑制下,反应器的脱氮性能明显降低且无法自行恢复,总氮去除负荷（NRR）和比厌氧氨氧化活性（SAA）分别降至0.17 kg N m-3·d-1和101...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
部分厌氧氨氧化菌的16SrRNA(485bp)基因系统发育树[10]
青岛大学硕士学位论文19脱氮菌争夺底物的困境。因此，在周期157～163期间，反应器的脱氮性能逐渐恢复，NRR从0.36kgN·m-3·d-1上升至0.90kgN·m-3·d-1。然而在周期164以后，MAB的脱氮性能再次受到长期性的抑制，在25个周期内NRR逐渐降低至本次实验的最低值0.17kgN·m-3·d-1。根据先前的研究结果[46]，OTC是通过削弱MAB对亚硝态氮的耐性而抑制其活性，因此，氨苄青霉素对MAB脱氮性能的抑制同样可能出于降低了MAB对某些抑制因子（如基质氮或高盐废水的盐度）的耐受性。虽然在周期190以后，反应器的脱氮性能又出现了缓慢的恢复，但如此长时间的累积研究足以证明，高浓度氨苄青霉素（300mg/L）的长期投加会相当剧烈的抑制MAB的活性与对高盐废水的脱氮性能，并且这一抑制难以凭借MAB自身的耐药性来快速恢复。在该时期内，氨苄青霉素的投加量稳定，对反应器的抑制较为明显，持续时间长，有利于观察氨苄青霉素对反应器的深层次影响（如反应器内的微生物群落演替，以及ARGs分布的变化），是氨苄青霉素抑制机制及MAB耐药性相关研究的重点关注时期。3.2其他反应器性状3.2.1污泥性状及其沉降性能图3.2实验过程中污泥性状的变化情况：（a）周期10时的污泥照片；（b）周期108时的污泥照片；（c）周期200时的污泥照片Fig.3.2Variationofsludgecharacteristicsduringoperationalperiod,(a)cycle10;(b)cycle108;and(c)cycle200.毫无疑问的是，厌氧氨氧化反应器中的污泥性状，尤其是其颜色与沉降性能，能够明确地反映出反应器中AnAOB的生长状况[80]。在本次实验过程中，在周期10（P1，投加氨苄青霉素前）、周期108（P2）与周期200（P4）时分别通过排水口
青岛大学硕士学位论文28图3.5检测到的抗性基因的分布情况（在周期10、70、150与200）（单位为‰）Fig.3.5.DistributionsofdetectedARGsintotalARGssequences(atcycle10,70,150,and200)(relativeabundance,‰).以章节2.6所示之方法，本实验中以细菌16SrRNA通用基因作为内参，以qPCR法检测分析13种可能在反应器中存在的β-内酰胺类ARGs（AmpC/blaDHA,blaACC-,blaCMY-2,blaCTX-M-2,blaCTX-M-20,blaCTX-M-7,blaCTX-M-9,IMP,blaMOX/blaCMY,blaSIM-1,blaSPM-1,TEM,VIM），以探究反应器对氨苄青霉素压力的基因层面的响应。其在不同时期内的种类与丰度变化情况如图3.5所示，图中β-内酰胺类ARGs的量表示为与16SrRNA基因的比率（即β-内酰胺ARGs的相对丰度）。在不同的时期内，所选择的13种β-内酰胺类特异性抗性基因有11种被检出。随着氨苄青霉素投加浓度的升高以及抑制持续时间的增长，总ARGs丰度呈现上升趋势，在周期150时达到峰值0.239‰，相比投加先前值（即周期10的0.161‰）提升了48.4%。虽然在第10周期时已检测到一定丰度的ARGs存在，即证明开始时接种的MAB污泥中已存在相当程度的ARGs，但显然，这一结果足以表明氨苄青霉素的长期选择压力有利于ARGs在反应器中的富集。除了ARGs的丰度升高之外，在实验后期还观察到反应器中ARGs的多样性增加，检测到的ARGs的数量从4种增加到7种。在整个实验周期内，TEM是反应器中主导性的ARGs，占总丰度的近70％。TEM类β-内酰胺酶是一类常见的丝氨酸蛋白酶，可通过使β-内酰胺乙酰化而有效地水解青霉素类抗生素（包括氨苄青霉素）和头孢菌素[104]。TEM类抗性基因的丰度相对稳定，可能有利于低浓度氨苄青
【参考文献】：
期刊论文
[1]养猪场空气中抗性基因和条件致病菌污染特征[J]. 刘长利,郑国砥,王磊,陈同斌,邵珠泽,陈琳. 应用生态学报. 2018(08)
[2]厌氧氨氧化菌的种类、特性与检测[J]. 胡倩怡,郑平,康达. 应用与环境生物学报. 2017(02)
[3]2类氨氧化菌的生态特性及其应用研究进展[J]. 阎佳,胡勇有. 华南师范大学学报(自然科学版). 2016(04)
[4]同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺在低氨氮污水脱氮的应用[J]. 刘国华,范强,徐相龙,马艺鸣,王洪臣. 北京工业大学学报. 2015(10)
[5]锌离子对厌氧氨氧化脱氮效能的影响[J]. 巫川,李祥,王孟可,史宝厅,陈宗姮,刘福鑫. 环境科技. 2014(04)
[6]铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响[J]. 李祥,黄勇,刘福鑫,袁怡,陈钟姮,丁敏. 中国环境科学. 2014(04)
[7]“超级细菌”NDM-1的研究进展[J]. 周丹丹,郑珩,顾觉奋. 中国新药杂志. 2013(16)
[8]有机物作用的厌氧氨氧化菌代谢特性研究进展[J]. 孙佳晶,张蕾,张超,陈晓波. 化工进展. 2012(08)
[9]厌氧氨氧化菌代谢有机物研究[J]. 高大文,侯国凤,陶彧,任南琪. 哈尔滨工业大学学报. 2012(02)
[10]高通量测序技术及其应用[J]. 王兴春,杨致荣,王敏,李玮,李生才. 中国生物工程杂志. 2012(01)
硕士论文
[1]海洋厌氧氨氧化菌的富集培养及金属离子强化其脱氮特性研究[D]. 冯莉.青岛大学 2018
本文编号：3517674
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
部分厌氧氨氧化菌的16SrRNA(485bp)基因系统发育树[10]
青岛大学硕士学位论文19脱氮菌争夺底物的困境。因此，在周期157～163期间，反应器的脱氮性能逐渐恢复，NRR从0.36kgN·m-3·d-1上升至0.90kgN·m-3·d-1。然而在周期164以后，MAB的脱氮性能再次受到长期性的抑制，在25个周期内NRR逐渐降低至本次实验的最低值0.17kgN·m-3·d-1。根据先前的研究结果[46]，OTC是通过削弱MAB对亚硝态氮的耐性而抑制其活性，因此，氨苄青霉素对MAB脱氮性能的抑制同样可能出于降低了MAB对某些抑制因子（如基质氮或高盐废水的盐度）的耐受性。虽然在周期190以后，反应器的脱氮性能又出现了缓慢的恢复，但如此长时间的累积研究足以证明，高浓度氨苄青霉素（300mg/L）的长期投加会相当剧烈的抑制MAB的活性与对高盐废水的脱氮性能，并且这一抑制难以凭借MAB自身的耐药性来快速恢复。在该时期内，氨苄青霉素的投加量稳定，对反应器的抑制较为明显，持续时间长，有利于观察氨苄青霉素对反应器的深层次影响（如反应器内的微生物群落演替，以及ARGs分布的变化），是氨苄青霉素抑制机制及MAB耐药性相关研究的重点关注时期。3.2其他反应器性状3.2.1污泥性状及其沉降性能图3.2实验过程中污泥性状的变化情况：（a）周期10时的污泥照片；（b）周期108时的污泥照片；（c）周期200时的污泥照片Fig.3.2Variationofsludgecharacteristicsduringoperationalperiod,(a)cycle10;(b)cycle108;and(c)cycle200.毫无疑问的是，厌氧氨氧化反应器中的污泥性状，尤其是其颜色与沉降性能，能够明确地反映出反应器中AnAOB的生长状况[80]。在本次实验过程中，在周期10（P1，投加氨苄青霉素前）、周期108（P2）与周期200（P4）时分别通过排水口
青岛大学硕士学位论文28图3.5检测到的抗性基因的分布情况（在周期10、70、150与200）（单位为‰）Fig.3.5.DistributionsofdetectedARGsintotalARGssequences(atcycle10,70,150,and200)(relativeabundance,‰).以章节2.6所示之方法，本实验中以细菌16SrRNA通用基因作为内参，以qPCR法检测分析13种可能在反应器中存在的β-内酰胺类ARGs（AmpC/blaDHA,blaACC-,blaCMY-2,blaCTX-M-2,blaCTX-M-20,blaCTX-M-7,blaCTX-M-9,IMP,blaMOX/blaCMY,blaSIM-1,blaSPM-1,TEM,VIM），以探究反应器对氨苄青霉素压力的基因层面的响应。其在不同时期内的种类与丰度变化情况如图3.5所示，图中β-内酰胺类ARGs的量表示为与16SrRNA基因的比率（即β-内酰胺ARGs的相对丰度）。在不同的时期内，所选择的13种β-内酰胺类特异性抗性基因有11种被检出。随着氨苄青霉素投加浓度的升高以及抑制持续时间的增长，总ARGs丰度呈现上升趋势，在周期150时达到峰值0.239‰，相比投加先前值（即周期10的0.161‰）提升了48.4%。虽然在第10周期时已检测到一定丰度的ARGs存在，即证明开始时接种的MAB污泥中已存在相当程度的ARGs，但显然，这一结果足以表明氨苄青霉素的长期选择压力有利于ARGs在反应器中的富集。除了ARGs的丰度升高之外，在实验后期还观察到反应器中ARGs的多样性增加，检测到的ARGs的数量从4种增加到7种。在整个实验周期内，TEM是反应器中主导性的ARGs，占总丰度的近70％。TEM类β-内酰胺酶是一类常见的丝氨酸蛋白酶，可通过使β-内酰胺乙酰化而有效地水解青霉素类抗生素（包括氨苄青霉素）和头孢菌素[104]。TEM类抗性基因的丰度相对稳定，可能有利于低浓度氨苄青
【参考文献】：
期刊论文
[1]养猪场空气中抗性基因和条件致病菌污染特征[J]. 刘长利,郑国砥,王磊,陈同斌,邵珠泽,陈琳. 应用生态学报. 2018(08)
[2]厌氧氨氧化菌的种类、特性与检测[J]. 胡倩怡,郑平,康达. 应用与环境生物学报. 2017(02)
[3]2类氨氧化菌的生态特性及其应用研究进展[J]. 阎佳,胡勇有. 华南师范大学学报(自然科学版). 2016(04)
[4]同步半硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥工艺在低氨氮污水脱氮的应用[J]. 刘国华,范强,徐相龙,马艺鸣,王洪臣. 北京工业大学学报. 2015(10)
[5]锌离子对厌氧氨氧化脱氮效能的影响[J]. 巫川,李祥,王孟可,史宝厅,陈宗姮,刘福鑫. 环境科技. 2014(04)
[6]铜、锌离子对厌氧氨氧化污泥脱氮效能的影响[J]. 李祥,黄勇,刘福鑫,袁怡,陈钟姮,丁敏. 中国环境科学. 2014(04)
[7]“超级细菌”NDM-1的研究进展[J]. 周丹丹,郑珩,顾觉奋. 中国新药杂志. 2013(16)
[8]有机物作用的厌氧氨氧化菌代谢特性研究进展[J]. 孙佳晶,张蕾,张超,陈晓波. 化工进展. 2012(08)
[9]厌氧氨氧化菌代谢有机物研究[J]. 高大文,侯国凤,陶彧,任南琪. 哈尔滨工业大学学报. 2012(02)
[10]高通量测序技术及其应用[J]. 王兴春,杨致荣,王敏,李玮,李生才. 中国生物工程杂志. 2012(01)
硕士论文
[1]海洋厌氧氨氧化菌的富集培养及金属离子强化其脱氮特性研究[D]. 冯莉.青岛大学 2018
本文编号：3517674
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3517674.html
教材专著
