污水处理系统中抗生素抗性基因污染研究

【摘要】：近年来,由于抗生素在医药、畜牧和水产养殖业中的滥用而导致的环境中大量耐药性致病菌的出现引起了人们对抗生素及抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)的广泛关注。鉴于抗生素抗性基因可以在环境中持久性残留,并且在不同环境介质中的传播和扩散,因此,抗生素抗性基因作为一种新型环境污染物已成为环境领域的研究热点之一。污水处理系统中包含的抗生素、重金属、基因盒、整合子、大量微生物等因素都可能会对抗生素抗性基因的形成、水平转移和扩增起到积极作用,因此污水处理厂被认为是抗生素抗性基因的一个重要储存库。 本研究首先利用普通PCR技术对浙江地区8个农村无动力分散式生活污水处理系统和4个城市生活污水处理厂样品中抗生素抗性基因(四环素类tetM. tetO、tetQ、tetW基因；磺胺类sulⅠ、sulⅡ基因)和Ⅰ类整合子进行检测。对检测出含有抗生素抗性基因的样品,利用实时荧光定量PCR技术检测抗生素抗性基因的浓度(以拷贝数计)。研究结果表明： (1)在污水处理系统进水中,6种抗生素抗性基因的检出率均为100%且检出浓度较高,并且整体而言,城市污水处理系统进水中四环素类抗性基因浓度比农村高约一个数量级,而磺胺类抗性基因和Ⅰ类整合子的城乡差异不明显。对污水处理系统中抗生素抗性基因浓度、细菌总数、Ⅰ类整合子和污水处理系统处理规模进行相关性分析研究,结果表明,磺胺类sulⅠ基因浓度与Ⅰ类整合子浓度呈现正相关性(R2=0.756,P0.05)；四环素类tetM基因和磺胺类sulⅠ基因浓度与细菌总数存在一定的相关性(R2=0.552,P0.05tetM;R2=0.448, P0.05sulⅠ);四环素类tetQ和tet0基因浓度和污水处理系统处理规模之间存在显著正相关性(R2=0.712,P0.05tetQ;R2=0.394,P0.05tetO). (2)污水处理系统中,城市污水处理厂对抗生素抗性基因具有较好的去除效果：四环素类抗性基因为1.52～2.54个数量级,磺胺类抗性基因为0.93～1.95个数量级,Ⅰ类整合子为1.34～1.86个数量级,且四个污水处理厂对抗生素抗性基因的去除无显著差异(P0.05)。农村生活污水处理系统对抗生素抗性基因的去除能力较弱,且不同的处理工艺之间差异较大；含有人工湿地系统的处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果最好,多级厌氧生物滤池技术对抗生素抗性基因的去除效果次之,多介质土壤层耦合工艺对抗生素抗性基因的去除效果最弱。 (3)对污水处理厂全过程研究表明,污水处理厂初级处理工艺对抗生素抗性基因的去除作用可以忽略；二级处理过程中的好氧/厌氧工艺对于抗生素抗性基因有一定的削减作用,但并不显著；二沉池中污泥沉降作用是污水处理厂中抗生素抗性基因去除的主要机制之一,这将导致大部分抗性基因转移到污泥中,并且本研究在脱水污泥中检测到高浓度的抗生素抗性基因。 (4)三种污水深度处理工艺中就抗生素抗性基因的总体削减效果而言：人工湿地系统好氧生物滤池紫外处理系统,且好氧生物滤池、人工湿地系统均与紫外消毒系统中抗生素抗性基因的去除存在显著差异(P0.05)。人工湿地系统中四环素类抗性基因和磺胺类sutⅠ基因削减约为1.70～2.37个数量级；磺胺类sulⅡ基因和Ⅰ类整合子削减约为0.88～1.35个数量级。对人工湿地系统的进一步研究发现,抗生素抗性基因的去除与生物量的减少呈现正相关性(P0.05),且不同子系统对于抗生素抗性基因的去除效果不同,子系统Ⅲ中抗生素抗性基因的削减量大于其他子系统；对于水样和系统底泥样品中抗生素抗性基因的浓度进行线性拟合,研究结果显示污水中四环素类tetM和tetQ基因、磺胺类sulⅠ基因浓度与污泥中相应抗生素抗性基因的浓度呈现正相关性(tetQ:R2=0.881,P 0.05;tetM:R2=0.791,P0.05;sulⅠ:R2=0.879,P0.05). 【关键词】：抗生素抗性基因 城市污水处理厂 农村污水处理系统 去除 qPCR
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X703
【目录】：

• 致谢4-5
• 前言5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 目录11-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 抗生素抗性基因概述14-17
• 1.1.1 抗生素抗性基因的来源14-15
• 1.1.2 抗生素抗性基因的传播15-17
• 1.2 抗生素抗性基因的研究现状17-21
• 1.2.1 水环境中抗生素抗性基因的研究现状17-20
• 1.2.2 污泥和土壤中抗生素抗性基因的研究现状20-21
• 1.3 抗生素抗性基因的检测方法21-23
• 1.3.1 基于细菌培养的传统培养法22
• 1.3.2 采用PCR法研究抗生素抗性基因22-23
• 1.4 研究目标与内容23-25
• 1.4.1 研究目标23
• 1.4.2 研究内容23-25
• 第二章 实验材料和试验方法25-32
• 2.1 实验材料与装置25-26
• 2.1.1 试验用试剂盒和试剂25
• 2.1.2 仪器和设备25
• 2.1.3 常用溶剂和培养基配制25-26
• 2.2 试验方法26-32
• 2.2.1 样品预处理方法26
• 2.2.2 DNA提取与鉴定26-27
• 2.2.3 普通PCR及产物鉴定27-29
• 2.2.4 标准曲线建立29-30
• 2.2.5 实时荧光定量PCR30-32
• 第三章 污水处理系统进水中抗生素抗性基因的研究32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 实验材料与方法32-34
• 3.2.1 样品采集32-33
• 3.2.2 样品预处理和DNA提取33-34
• 3.2.3 定量PCR试验34
• 3.3 结果与讨论34-41
• 3.3.1 污水处理系统进水中抗生素抗性基因的检出34-36
• 3.3.2 抗生素抗性基因与微生物总量的相关性36-38
• 3.3.3 抗生素抗性基因与Ⅰ类整合子相关性分析38-40
• 3.3.4 抗生素抗性基因与环境因素的关系40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 污水处理系统中抗生素抗性基因的研究42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 实验材料和方法42-44
• 4.2.1 样品采集42-43
• 4.2.2 样品预处理和DNA提取43
• 4.2.3 定量PCR实验与分析43-44
• 4.3 结果与讨论44-49
• 4.3.1 农村污水处理系统中抗生素抗性基因的去除研究44-45
• 4.3.2 城市污水处理厂中抗生素抗性基因的去除研究45-46
• 4.3.3 污水处理厂各工艺段中抗生素抗性基因的研究46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 污水深度处理工艺中抗生素抗性基因的研究50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 实验材料和方法50-52
• 5.2.1 样品的采集50-51
• 5.2.2 样品预处理和DNA提取51
• 5.2.3 定量PCR实验与结果分析51-52
• 5.3 结果与讨论52-59
• 5.3.1 三种深度处理工艺中抗生素抗性基因的去除52-53
• 5.3.2 人工湿地系统中抗生素抗性基因的研究53-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第六章 结论与建议61-64
• 6.1 结论61-62
• 6.2 创新点62
• 6.3 建议与展望62-64
• 参考文献64-71
• 攻读学位期间发表的与论文内容相关的学术论文71

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

浅谈城市污水处理系统实现综合控制的发展    刘建军;

沈阳市城市污水处理现状与发展规划    孔健健;王梦阳;郝林;

深圳滨河污水处理厂工艺改进方案    王璐;王丽华;宋佳;

食物垃圾处理器对城市污水系统的影响研究    李江华;牟心鸣;张建军;金波;段妮娜;董滨;

对天津纪庄子污水处理系统实行企业经营的建议    过祖源;

提高氧化沟法城市污水处理系统除磷效果探讨    黄中华;

组态软件在污水处理系统中的应用    程秀珠;

污水处理系统中磷的转化途径    王卓艺;

不停产检修曝气系统在污水处理中的应用    王建国;章万喜;

SBR污水处理工艺中PROFIBUS现场总线的应用    马小丽;

城市新景——T1小城镇污水处理系统    张临苏;唐纪进;周晋黔;

前言    

氧化沟污水处理技术及其在工程中的应用    张晓琳;

城市污水处理运行管理的思考    周鹏飞;

一种新型的污水处理系统——分散式污水处理    薛梅;韩洪军;马文成;王卓艺;梁杰;

简易污水处理系统在建井期间的应用    孙银河;

H9000监控系统在污水工艺方面的应用    邓小刚;陶海涛;李涛;刘小恒;

中小城镇污水处理新技术    刘方;王幸锐;

斜板沉淀技术在转炉污水处理中的应用    徐飞;郑志胜;赵巧娥;

焦作市污水处理厂设计介绍    周永刚;张强;王宇峰;

西南铝锻造厂污水处理系统改造效益显著    记者 彭英

小区新型污水处理系统通过论证    马华

中国将投900亿建设污水处理系统    记者 陆昀

南京启动城北污水处理系统工程    汪滢

来自身边的创意    陈丹

亚洲浆纸花重金升级污水处理系统    记者 罗佳旻　通讯员 胡维维

首座农村生活污水处理系统投入使用    记者 陈忠权

才村码头:世界最先进的环保技术集合    许茹芸 刘丹萍

合肥审计促进提高污水处理系统效益    王成双 施彧

一个“新”字激活生态创建    本报记者 周晗

基于清洁生产理念的污水处理系统节能降耗支撑技术研究    王佳伟

基于免疫算法的污水处理系统预测及优化控制研究    叶洪涛

典型抗生素和抗药性基因在污水处理系统中的归趋及迁移分布规律    高品

新型聚乙烯醇载体的设计、制备及其固定化污水处理系统的构筑研究    白雪

城市污水处理厂中氨氧化菌及细菌群落结构与功能研究    王晓慧

人工湿地污水处理系统N_2O的释放与相关微生物研究    吴娟

碱性磷酸酶在点面污染源磷形态转化中的作用研究    谢春生

间歇运行的潜流式人工湿地污水处理技术及设计方法研究    刘汉湖

城市污水厂污泥水处理及生物添加强化脱氮中试研究    万琼

ClO_2耦合超声波破解污泥溶出机理与微生物隐性生长的污泥减量研究    王广华

污水处理系统中抗生素抗性基因污染研究    张明美

生物生态污水处理系统协同优化及控制策略研究    王诚

淀粉行业污水处理系统设计及控制策略的研究    王煊良

临港产业区污水处理系统规划布局研究    刘宝忠

碳酸饮料生产企业污水处理系统技术改造    蒋振明

上海郊区农村生活污水处理系统的成效评估及适应性管理研究    钟春节

公路服务区自然式污水处理系统中基质配比研究    周燕华

化工厂污水处理控制系统的改造与实现    李延娜

自校正模糊史密斯控制器在AICS污水处理系统中的应用    常丽媛

无锡新区污水处理系统与环境影响研究    黄海清