生物电化学强化人工湿地去除抗生素的后效应及抗性基因的转移机制研究

来源 :海南热带海洋学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaowei_0315
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
抗生素压力解除后,生物电化学系统的强化作用可能导致人工湿地成为抗性基因的蓄积库,严重威胁水生态安全。因此,我们搭建了生物电化学强化型人工湿地(Microbial electrochemical constructed wetland,MES-CW),探明了抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)在不同抗生素选择性压力下的多介质赋存特征;辨识了MES-CW中抗性基因转移的关键驱动因子,揭示了抗生素压力解除后系统中抗性基因的转移机制,为生物电化学强化人工湿地更安全的净化含抗生素污水提供重要的支撑作用。主要结论如下:首先,我们发现生物电化学技术提高了人工湿地对氮磷和磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)的去除效果。相比CW,MES-CW在不同浓度SMX下对氨氮、硝态氮、磷酸盐和SMX的去除率分别提升了0.1﹣26.98%、22.23﹣53.24%、2.24﹣28.89%、8.34﹣11.30%。SMX压力解除后,电化学技术提高了人工湿地系统中ARGs的总丰度,出现了负后效应,且随着SMX浓度的降低,MES-CW水样中ARGs的总丰度一直高于基质。在水样中,随着SMX浓度的降低耐多药抗性基因和磺胺类抗性基是人工湿地中主要类型的ARGs。当SMX压力解除后相比0.1 mg/L,MES-CW中ARGs的总丰度上升36.1%;耐多药抗性基因及其亚型的相对丰度上升69.2-292.5%,磺胺类ARGs及其亚型的相对丰度上升83.5-116.3%,电化学加剧了水样中ARGs的负后效应(ARGs的总丰度相比CW上升了95.42%,磺胺类ARGs及sul1的相对丰度上升126.3-148.7%)。在基质中,随着SMX浓度的降低,MES-CW基质中ARGs的总丰度呈下降趋势。当SMX压力解除后相比0.1mg/L,MES-CW中ARGs总丰度上升了33.62%,其中磺胺类ARGs的相对丰度升了41.6%,sul1、sul2和sul4的相对丰度上升了100-126%;耐多药抗性基因及其亚型的相对丰度上升106.7-195.2%,基质同样出现了负后效应现象,但程度小于水样。不同SMX压力下,驱动人工湿地系统中抗性基因赋存特征的关键因子发生了明显变化。高浓度SMX下,SMX的选择压力和厚壁菌门的丰度是影响ARGs转移的关键驱动因子;低浓度SMX下,硝态氮浓度和变形菌门的丰度是影响ARGs转移的关键驱动因子。采用电压调控(电压由0.6V升高到10V)削减SMX压力解除后出现的负后效应,发现高电压削减水样中ARGs的总丰度达到80.7%,同时高电压显著降低了优势ARGs耐多药和磺胺类ARGs的相对丰度。当SMX压力解除后,电化学技术主要通过促进耐药菌增殖增加ARGs的总丰度。从ARGs的关键宿主菌来看,当SMX压力解除后,水样中ARGs的宿主(解鸟氨酸克雷伯氏菌)相比0.1 mg/L时上升了300%;而基质中主要是因为宿主种类的增多,相比10和0.1 mg/L增加了4和3种宿主。而且,我们发现,SMX压力解除后,水样中整合酶和重组酶、基质中整合酶的相对丰度提高了2–9%,但ARGs与可移动原件(Mobile genetic element,MGEs)的结合比例的在SMX压力解除后显著降低,这表明SMX压力解除后,耐药菌的增值是负效应出现的主要原因。另外,基质生物膜中ROS的含量与ARGs的变化有一定的同步性,低浓度的ROS可以在信号转导中发挥作用,刺激新陈代谢,从而增加微生物的活性和丰富度。
其他文献
藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)营养价值高,富含矿物质、维生素、多酚类物质和类黄酮,因此近年来作为一种新型功能食品受到越来越多的关注。与藜麦籽粒一样,藜麦叶中营养成分和生物活性同样优异,可作为蔬菜食用,但影响消费者口感的主要原因为藜麦中存在的苦味物质皂苷。藜麦皂苷是藜麦次生代谢产物中重要的组成部分,其抑菌、抗氧化等生物活性已被广泛报道,但对于其生物合成机制和食品安全性评价
学位
钙质砂是一种海洋生物成因、富含碳酸钙或其它难溶碳酸盐类物质的特殊岩土介质,广泛分布于加勒比海、红海和南海的大陆架和海岸。在这些地区,钙质砂通常作为海洋工程建设的基础材料。相对于硅砂,钙质砂存在颗粒强度低和孔隙率大等特性,在受到外部载荷时通常会导致颗粒破碎。因而在海洋工程实际应用中常需对其进行加固处理。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术是一种新型土体加固技术,具有成本低、耗能小、对环境友好等特点,
学位
在过去100多年里,随着西方工业革命的发展,世界各地的二氧化碳排放量不断增加,造成了全球性的气候变暖。颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)是海洋对固碳调节的重要组成部分,同时也是海洋生物化学过程的重要参与者。因此,对北部湾地区POC浓度的研究可以为海洋碳循环过程、海域碳源/汇的时空分布格局及其调控机制等问题提供参考。遥感技术可以对大面积海域进行连续高效的观测,
学位
本文以海草易危种—贝克喜盐草(Halophila beccarii)为研究对象,首次报道海南岛港湾及潟湖中贝克喜盐草系统分布现状,并结合多元统计分析方法浅析导致其空间分布差异的主要驱动因素;开展贝克喜盐草海草床内大型底栖动物群落多样性研究,探讨贝克喜盐草海草床的结构变化对大型底栖动物群落多样性的影响;开展以贝克喜盐草海草床作为底栖生物食源及栖息地的价值与贡献研究,以表征海草床内主要大型底栖动物和游
学位
本研究于2021年夏季(6月)、冬季(12月)和2022年枯水期(4月)、丰水期(7月)、平水期(11月)对三亚湾近岸海域浮游植物进行了两个周期的调查,分析了浮游植物群落和水环境因子的时空特征,评价了水环境质量,探讨了浮游植物与水环境因子之间的关系。(1)浮游植物群落物种组成和丰度的时空变化明显,群落结构整体呈硅藻-甲藻型。2021年,夏季共鉴定出浮游植物6门59属130种(硅藻门99种、甲藻门2
学位
锑是一种常见的水体污染物,对人体健康和生态环境有不利影响。在发生突发性水中锑污染事件时,应急监测和处置是保障饮用水安全和减轻污染影响的重要措施。突发性水中锑污染应急监测处置是指在发生突发性水中锑污染事件时,及时开展水质监测和评估,采取有效的处置措施,消除或减轻污染危害的过程。本文以某次突发性水体锑污染事件为背景案例,研究了实验室小试实验、应急监测溯源和技术、应急处置技术对比,为水中锑的去除提供了一
学位
学位
微塑料和邻苯二甲酸酯类(PAEs)作为一种新型污染物,在我国关于微塑料和邻苯二甲酸酯类对珊瑚礁影响的研究尚处于探索阶段,特别是,珊瑚礁区中邻苯二甲酸酯类的赋存特征研究,目前在我国未见报道。调查微塑料和邻苯二甲酸酯类在环境介质中的实际污染状况,评估其生态风险,对于后续珊瑚礁区的生态治理和制定相关管理保护对策至关重要。因此,本文选取海南岛南部4个近岸珊瑚礁区,对各珊瑚礁区环境介质(底层海水和表层沉积物
学位
海草床具有调节大气、净化水质、碳储存及稳定底栖生物食物网等生态功能。海草与底栖动物之间复杂的相互作用对于理解海草床生态功能具有重要意义。本文调查了海南新村湾泰来草海草床海草、满月蛤时空分布规律及环境影响因素。通过海草移植实验,添加满月蛤和化肥,分析了沉积物间隙水营养盐、硫化物浓度、海草床沉积物碳、氮含量、微生物群落丰度与组成结构、泰来草形态指标和生理指标等参数,明确了满月蛤及氮富集对海草的协同影响
学位
(1)软珊瑚是珊瑚礁生态系统的重要组成部分,是许多海洋生物优良的繁殖场所,且对于人类而言还具有极强的药用价值。软珊瑚在全球范围内广泛分布,特别在印度-太平洋海域,软珊瑚种类尤为丰富。我国对软珊瑚的分类研究相对起步较晚,因此急需展开这方面的调查研究。本研究采集海南南端以及西沙群岛珊瑚礁区域的106株软珊瑚,根据形态学初步鉴定,再结合分子学条形码COIX+28S+Mut S进行种类鉴定。研究结果表明:
学位