污水處理系統(tǒng)中抗生素抗性基因污染研究

【摘要】：近年來,由于抗生素在醫(yī)藥、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的濫用而導(dǎo)致的環(huán)境中大量耐藥性致病菌的出現(xiàn)引起了人們對抗生素及抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的廣泛關(guān)注。鑒于抗生素抗性基因可以在環(huán)境中持久性殘留,并且在不同環(huán)境介質(zhì)中的傳播和擴(kuò)散,因此,抗生素抗性基因作為一種新型環(huán)境污染物已成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。污水處理系統(tǒng)中包含的抗生素、重金屬、基因盒、整合子、大量微生物等因素都可能會對抗生素抗性基因的形成、水平轉(zhuǎn)移和擴(kuò)增起到積極作用,因此污水處理廠被認(rèn)為是抗生素抗性基因的一個重要儲存庫。 本研究首先利用普通PCR技術(shù)對浙江地區(qū)8個農(nóng)村無動力分散式生活污水處理系統(tǒng)和4個城市生活污水處理廠樣品中抗生素抗性基因(四環(huán)素類tetM. tetO、tetQ、tetW基因；磺胺類sulⅠ、sulⅡ基因)和Ⅰ類整合子進(jìn)行檢測。對檢測出含有抗生素抗性基因的樣品,利用實(shí)時熒光定量PCR技術(shù)檢測抗生素抗性基因的濃度(以拷貝數(shù)計(jì))。研究結(jié)果表明： (1)在污水處理系統(tǒng)進(jìn)水中,6種抗生素抗性基因的檢出率均為100%且檢出濃度較高,并且整體而言,城市污水處理系統(tǒng)進(jìn)水中四環(huán)素類抗性基因濃度比農(nóng)村高約一個數(shù)量級,而磺胺類抗性基因和Ⅰ類整合子的城鄉(xiāng)差異不明顯。對污水處理系統(tǒng)中抗生素抗性基因濃度、細(xì)菌總數(shù)、Ⅰ類整合子和污水處理系統(tǒng)處理規(guī)模進(jìn)行相關(guān)性分析研究,結(jié)果表明,磺胺類sulⅠ基因濃度與Ⅰ類整合子濃度呈現(xiàn)正相關(guān)性(R2=0.756,P0.05)；四環(huán)素類tetM基因和磺胺類sulⅠ基因濃度與細(xì)菌總數(shù)存在一定的相關(guān)性(R2=0.552,P0.05tetM;R2=0.448, P0.05sulⅠ);四環(huán)素類tetQ和tet0基因濃度和污水處理系統(tǒng)處理規(guī)模之間存在顯著正相關(guān)性(R2=0.712,P0.05tetQ;R2=0.394,P0.05tetO). (2)污水處理系統(tǒng)中,城市污水處理廠對抗生素抗性基因具有較好的去除效果：四環(huán)素類抗性基因?yàn)?.52～2.54個數(shù)量級,磺胺類抗性基因?yàn)?.93～1.95個數(shù)量級,Ⅰ類整合子為1.34～1.86個數(shù)量級,且四個污水處理廠對抗生素抗性基因的去除無顯著差異(P0.05)。農(nóng)村生活污水處理系統(tǒng)對抗生素抗性基因的去除能力較弱,且不同的處理工藝之間差異較大；含有人工濕地系統(tǒng)的處理工藝對抗生素抗性基因的去除效果最好,多級厭氧生物濾池技術(shù)對抗生素抗性基因的去除效果次之,多介質(zhì)土壤層耦合工藝對抗生素抗性基因的去除效果最弱。 (3)對污水處理廠全過程研究表明,污水處理廠初級處理工藝對抗生素抗性基因的去除作用可以忽略；二級處理過程中的好氧/厭氧工藝對于抗生素抗性基因有一定的削減作用,但并不顯著；二沉池中污泥沉降作用是污水處理廠中抗生素抗性基因去除的主要機(jī)制之一,這將導(dǎo)致大部分抗性基因轉(zhuǎn)移到污泥中,并且本研究在脫水污泥中檢測到高濃度的抗生素抗性基因。 (4)三種污水深度處理工藝中就抗生素抗性基因的總體削減效果而言：人工濕地系統(tǒng)好氧生物濾池紫外處理系統(tǒng),且好氧生物濾池、人工濕地系統(tǒng)均與紫外消毒系統(tǒng)中抗生素抗性基因的去除存在顯著差異(P0.05)。人工濕地系統(tǒng)中四環(huán)素類抗性基因和磺胺類sutⅠ基因削減約為1.70～2.37個數(shù)量級；磺胺類sulⅡ基因和Ⅰ類整合子削減約為0.88～1.35個數(shù)量級。對人工濕地系統(tǒng)的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),抗生素抗性基因的去除與生物量的減少呈現(xiàn)正相關(guān)性(P0.05),且不同子系統(tǒng)對于抗生素抗性基因的去除效果不同,子系統(tǒng)Ⅲ中抗生素抗性基因的削減量大于其他子系統(tǒng)；對于水樣和系統(tǒng)底泥樣品中抗生素抗性基因的濃度進(jìn)行線性擬合,研究結(jié)果顯示污水中四環(huán)素類tetM和tetQ基因、磺胺類sulⅠ基因濃度與污泥中相應(yīng)抗生素抗性基因的濃度呈現(xiàn)正相關(guān)性(tetQ:R2=0.881,P 0.05;tetM:R2=0.791,P0.05;sulⅠ:R2=0.879,P0.05). 【關(guān)鍵詞】：抗生素抗性基因 城市污水處理廠 農(nóng)村污水處理系統(tǒng) 去除 qPCR
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X703
【目錄】：

• 致謝4-5
• 前言5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 目錄11-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 抗生素抗性基因概述14-17
• 1.1.1 抗生素抗性基因的來源14-15
• 1.1.2 抗生素抗性基因的傳播15-17
• 1.2 抗生素抗性基因的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 水環(huán)境中抗生素抗性基因的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 污泥和土壤中抗生素抗性基因的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 抗生素抗性基因的檢測方法21-23
• 1.3.1 基于細(xì)菌培養(yǎng)的傳統(tǒng)培養(yǎng)法22
• 1.3.2 采用PCR法研究抗生素抗性基因22-23
• 1.4 研究目標(biāo)與內(nèi)容23-25
• 1.4.1 研究目標(biāo)23
• 1.4.2 研究內(nèi)容23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法25-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與裝置25-26
• 2.1.1 試驗(yàn)用試劑盒和試劑25
• 2.1.2 儀器和設(shè)備25
• 2.1.3 常用溶劑和培養(yǎng)基配制25-26
• 2.2 試驗(yàn)方法26-32
• 2.2.1 樣品預(yù)處理方法26
• 2.2.2 DNA提取與鑒定26-27
• 2.2.3 普通PCR及產(chǎn)物鑒定27-29
• 2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線建立29-30
• 2.2.5 實(shí)時熒光定量PCR30-32
• 第三章 污水處理系統(tǒng)進(jìn)水中抗生素抗性基因的研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法32-34
• 3.2.1 樣品采集32-33
• 3.2.2 樣品預(yù)處理和DNA提取33-34
• 3.2.3 定量PCR試驗(yàn)34
• 3.3 結(jié)果與討論34-41
• 3.3.1 污水處理系統(tǒng)進(jìn)水中抗生素抗性基因的檢出34-36
• 3.3.2 抗生素抗性基因與微生物總量的相關(guān)性36-38
• 3.3.3 抗生素抗性基因與Ⅰ類整合子相關(guān)性分析38-40
• 3.3.4 抗生素抗性基因與環(huán)境因素的關(guān)系40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 污水處理系統(tǒng)中抗生素抗性基因的研究42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料和方法42-44
• 4.2.1 樣品采集42-43
• 4.2.2 樣品預(yù)處理和DNA提取43
• 4.2.3 定量PCR實(shí)驗(yàn)與分析43-44
• 4.3 結(jié)果與討論44-49
• 4.3.1 農(nóng)村污水處理系統(tǒng)中抗生素抗性基因的去除研究44-45
• 4.3.2 城市污水處理廠中抗生素抗性基因的去除研究45-46
• 4.3.3 污水處理廠各工藝段中抗生素抗性基因的研究46-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 污水深度處理工藝中抗生素抗性基因的研究50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 實(shí)驗(yàn)材料和方法50-52
• 5.2.1 樣品的采集50-51
• 5.2.2 樣品預(yù)處理和DNA提取51
• 5.2.3 定量PCR實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析51-52
• 5.3 結(jié)果與討論52-59
• 5.3.1 三種深度處理工藝中抗生素抗性基因的去除52-53
• 5.3.2 人工濕地系統(tǒng)中抗生素抗性基因的研究53-59
• 5.4 本章小結(jié)59-61
• 第六章 結(jié)論與建議61-64
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)62
• 6.3 建議與展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-71
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的與論文內(nèi)容相關(guān)的學(xué)術(shù)論文71

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