微生物法处理含铬废水过程中重金属与抗生素抗性协同选择机制研究

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含铬废水治理是水体修复的研究重点之一。近年来,微生物法因简单有效、低成本、绿色化等优势倍受关注。已有研究表明重金属污染环境中的微生物受重金属胁迫上调表达重金属抗性基因(MRGs)的同时间接上调表达了抗生素抗性基因(ARGs),使微生物同时具备重金属抗性和抗生素抗性。含铬废水微生物治理过程是主动将铬还原菌暴露在重金属铬环境下对Cr(VI)进行还原,该过程可能上调表达ARGs。抗生素抗性一旦产生,其ARGs可通过水平转移在环境微生物之间传播,对生态环境构成严重威胁。因此,亟待研究微生物法处理含铬废水过程中重金属、重金属抗性与抗生素抗性之间的关联,为解决该过程中微生物既能表达足量MRGs有效还原Cr(Ⅵ),又能控制潜在ARGs被协同选择表达造成“新的ARGs污染”问题提供基础数据支撑。本文以自筛菌Acinetobacter sp.SL-1(SL-1)为研究对象,主要研究了以下内容:(1)研究不同环境因子下,SL-1治理含铬废水过程中Cr(Ⅵ)还原效率与菌株生长状况,确定该工艺流程的最优条件为厌氧环境,30℃,5 g/L废糖蜜,100 mg/L Cr(Ⅵ),p H=7,反应168 h,此时Cr(Ⅵ)去除率为99.10%。同时,废糖蜜协同SL-1可在p H为3~10范围内有效还原Cr(Ⅵ),具有很大的工业应用潜力。(2)确定SL-1对Cr(Ⅵ)的最大耐受浓度为300 mg/L,Cr(Ⅵ)胁迫后SL-1对四环素(TET)、庆大霉素(GEN)、克拉霉素(CLA)与氧氟沙星(OFX)由中介药敏性(I)变成耐药性(R),且在高于50 mg/L Cr(Ⅵ)胁迫后表现出Cr(Ⅵ)与抗生素的交叉抗性。宏基因组测序分析显示SL-1含有外排泵调控作用的ABC转运蛋白;3D-EEM、SEM-EDS与FT-IR分析共同显示,Cr(Ⅵ)胁迫后菌株表面分泌物增多且含有更多有机官能团和Cr的富集,揭示SL-1产生Cr(Ⅵ)和抗生素交叉抗性的机制为外排泵机制与生物被膜机制。(3)测定Cr(Ⅵ)胁迫后SL-1体内MRGs与ARGs相对表达丰度,并对环境因子、ARGs与MRGs进行相关性分析与环境风险评估,结果表明30℃,p H=9,50 mg/L Cr(Ⅵ)条件下,废糖蜜协同SL-1处理含铬废水不仅有效去除Cr(Ⅵ),还能在最大程度上降低环境中ARGs的污染风险。本研究结果为降低含铬废水微生物修复过程中耐药微生物的产生和ARGs的传播风险提供了理论支撑,并为完善该过程中ARGs污染防控策略提供了重要的依据。
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