长江口水环境中塑料表面附着生物膜中抗生素抗性基因的赋存特征

发布时间：2020-11-02 10:51

　　 众所周知,如今塑料污染日益严峻,且其作为新型污染物抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)的传播载体越来越受到国内外的关注。在河口水环境中,ARGs和塑料广泛存在,且塑料表面形成的微生物被膜会赋存包括ARGs在内的多种污染物,但是这些ARGs的种类和含量如何及其环境影响因素等还有待研究。本文以长江口滨岸塑料表面微生物被膜为研究对象,以表层沉积物和表层水为对照,调查了水环境中不同类型塑料表面微生物被膜中ARGs的分布特征,分析了盐度、重金属和总有机碳等理化环境因子对ARGs赋存的影响。另外,本文还分析了不同类型塑料上生物膜中细菌群落的组成结构及其对ARGs分布的影响,并在此基础上设计不同类型塑料样本在自然水体环境中培养30天的生物膜,进一步探究了生物膜中ARGs的赋存与塑料材质之间的关系。基于上述探究,本文主要研究结果有:(1)长江口滨岸水环境中广泛存在附着有生物膜的塑料废弃物,其中塑料类型以PP和PE为主导。大多数ARGs在不同类型塑料上的平均丰度高于在沉积物和水中的平均丰度,表明塑料表面形成的生物膜是比表层水和沉积物更主要的ARGs储存库。此外,塑料表面生物膜上ARGs的空间分布特征为XP、QYK和LHK的平均丰度普遍高于SDK、WSK、SCK、CY和LCG。(2)整合子基因int I1与sul1、aac(6’)-Ib和Chl呈显著正相关,表明int I1可能参与调控了塑料表面生物膜中这些ARGs的产生和增殖。PCA和ANOSIM检验结果显示,长江口滨岸水环境中塑料表面生物膜上ARGs绝对丰度和塑料类型之间没有显著影响,而ARGs相对丰度在PE材质上则明显偏高。(3)塑料表面生物膜中金属浓度和长江口水环境中水体盐度与大多数ARGs之间存在相关性,表明它们可能参与调控了塑料表面生物膜中ARGs的赋存。例如,多种金属与塑料生物膜中的sul1、sul2、tet W和aac(6’)-Ib呈显著相关,cop A与塑料生物膜中的ARGs可能具有相同的作用机制;盐度是调节生物膜中ARGs分布的重要因素,而包括TOC、pH、DO和TN在内的其他环境因子与长江口塑料表面生物膜中ARGs的相关性不大。(4)石洞口不同类型塑料表面附着生物膜中,多数ARGs与移动基因元件(MGEs)和金属抗性基因(MRGs)之间均存在一定的相关性,尤其是磺胺类抗性基因sul1,四环素类抗性基因tet A和喹诺酮类抗性基因qnr S与MGEs、MRGs之间存在着极显著的正相关性,这表明移动基因元件和金属抗性基因也是影响ARGs的主要环境因子,它们在一定程度上可能会加速促进生物膜中ARGs在环境中的传播与扩散。(5)通过分析不同类型塑料表面微生物被膜中细菌群落的组成结构,发现塑料表面细菌群落以Proteobacteria和Bacteroidetes和Acidobacteria为主,且细菌群落与多数ARGs之间同时存在着协同与拮抗的作用。(6)不同类型塑料样本在自然水体环境中培养30天的生物膜中,PE材质塑料更容易富集抗生素抗性基因,这可能与不同类型塑料表面的硬度等物理化学因素方面的微小差异有关。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：X143;X17
【部分图文】：

华东师范大学2020届硕士学位论文第一章绪论3并通过水平转移在不同细菌之间传播(Wuetal,2019)，因此导致环境中ARGs种类和丰度均有所增加。抗生素抗性基因在表层水、沉积物和微生物被膜中的分布与扩散如图1-1所示。图1-1ARGs在不同介质中的分布与迁移(Guoetal.,2018a)Figure1-1DistributionandtransferofARGsindifferentmatrix随着研究工作的开展，水环境中ARGs的赋存及环境影响机制越来越受到人们的关注。例如，冀秀玲等检测黄浦江水域中的ARGs发现，含量较高的优势抗性基因为sul1、tetM和tetW，且四环素类抗性基因tetM丰度最高(冀秀玲,2011)。Luo等研究海河流域沉积物样品中ARGs发现，含量较高的抗性基因为磺胺类抗性基因sul1和sul2，它们的浓度分别为(7.8±1.0)×109copies/g和(1.7±0.2)×1011copies/g，且对于表层水来说，沉积物是ARGs更重要的储存库(Luoetal.,2010)。Lin等(2015)研究发现，sul1、sul2、tetA和tetW等抗性基因和整合子intI1在长江口及其邻近海域的沉积物均有所分布，且其分布规律呈现从口内到口外ARGs的丰度逐渐降低，与辽河和大辽河河口中抗生素抗性基因的分布规律基本一致(Luetal.,2015)。此外，近年来关于微生物被膜中ARGs的赋存报道也越来越多。例如，Guo等人(2018a)调查了长江口水环境中微生物被膜、沉积物和表层水三种介质中ARGs的分布特征，分析了ARGs在这三种介质中的分配情况，结果表明在长江口滨岸水环境中微生物被膜是ARGs的一个重要储存库，含量普遍高于对应的沉积物和表层水，且微生物被膜中抗生素和重金属可以促进ARGs的产生和

华东师范大学2020届硕士学位论文第一章绪论9水环境不同种类塑料表面附着微生物被膜中ARGs的不同分布特征及其与环境因子的相关性。具体技术路线流程如图1-2所示。图1-2图本文技术路线流程图Figure1-2Thetechnicalrouteofthispaper1.5研究特色与创新（1）针对ARGs在不同环境介质中的赋存问题，本文较为系统地分析了塑料垃圾表面附着微生物被膜、水和沉积物三种介质中ARGs的不同分布特征，证实了塑料表面微生物被膜是ARGs更重要的储存库，研究为长江口及其邻近滨岸水环境中ARGs的污染状况与相应治理提供丰富的数据支持。（2）针对不同类型塑料表面生物膜中ARGs的赋存问题，本文调查了长江口水环境中常见的塑料垃圾种类，查明了长江口不同类型塑料表面附着微生物被

华东师范大学2020届硕士学位论文第二章长江口水环境中不同种类塑料表面ARGs的分布特征12近沿海地区(Shietal.,2014b;Yanetal.,2013)。因此，本章节实验选取了长江和中国东海交汇处的长江河口为研究区域，以长江口滨岸八个点的塑料表面微生物被膜为研究对象，同时以表层沉积物和表层水为对照，调查河口水体中不同塑料表面ARGs赋存特征及其影响因素，并在此基础上与重金属总量及TOC等其他理化指标进行相关性分析，为长江口及其邻近滨岸水环境中抗生素抗性基因的污染状况及塑料污染进行生态风险评估，并提供一定的理论依据。2.2材料与方法2.2.1样品采集与保存本实验根据盐度梯度及不同潮滩环境选取了长江口南岸沿线八个点作为采样点，采样时间为2019年4月。采样点从北到南分别是浒浦(XP)、七丫口(QYK)、浏河口(LHK)、石洞口(SDK)、吴淞口(WSK)、三叉口(SCK)、朝阳农场(CY)和芦潮港（LCG），其中XP、SCK、CY和LCG是受长江潮汐影响较大的潮滩环境；LHK、QYK和WSK分别是浏河、七浦河和黄浦江与长江交汇的环境，受到城市内河和长江潮汐的共同影响；SDK位于污水处理厂(WWTP)出口附近，会接收大量的生活污水和污泥。以上所述采样点分布如图2-1所示。图2-1长江口采样点分布图Figure2-1SamplingsitesalongtheYangtzeEstuary
【参考文献】

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本文编号：2866951