制药废水处理中菌群特征与抗性基因传播规律研究

论文摘要

抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes,ARGs）污染已经成为全球性的环境问题,它可以通过多种传播方式从非致病细菌和细胞转移到致病细菌和细胞中,从而增加人类致病菌感染风险。污水处理系统中存在大量的ARGs和ARBs,是ARGs和ARBs良好的增值和扩散场所。杀菌剂、表面活性剂以及抗生素等有机物会导致水体中细菌产生共同耐药性或交叉耐药性,促进ARGs传播扩散。制药工业废水中主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水四大类。制药废水因其具有组成复杂、有机污染物种类多、浓度高、毒性大、色度深和含盐量高等特点,成为抗生素抗性基因扩增和传播的重要污染源。本研究利用荧光定量PCR技术和16S rRNA基因测序技术,研究同一城市内不同处理系统中的ARGs和ARBs随工艺流程变化以及不同系统中ARGs分布的差异性,分析微生物群落结构特征以探究菌群结构与ARGs的内在关联。论文的研究结果如下:1)头孢类制药废水厂中,β-内酰胺类抗性基因OXA-1,OXA-2,OXA-10在废水处理各个阶段的检出频率均为100%。两级曝气处理过程非但不能削减OXA-1和OXA-2丰度,反而刺激它大量扩增,是某些抗性基因的重要污染源头,二级曝气处理系统对β-内酰胺类OXA-10型抗性基因有较好的去除效果。在混合类抗生素制药废水厂中,sul1、sul2、tetO、tetQ、tetW、OXA-1和可移动遗传元件int1在制药废水厂中各个阶段的检出频率均为100%。从厌氧池到沉淀池,总抗性基因浓度范围为3.09×1082.26×109copies/g（干重）,基因总浓度上升了7.3倍。抗性基因OXA-1、sul1和sul2为废水厂微生物群落中表达量、抗生素对抗性基因的诱导率较高的抗性基因,而四环素类tetO,tetQ和tetW表达量较低。2)头孢类制药废水厂中主要优势菌门和污水处理厂优势菌门种类大致相同,为变形菌门（Proteobacteria）,浮霉菌门（Planctomycetes）,拟杆菌门（Bacteroidetes）,绿弯菌门（Chloroflexi）,酸杆菌门（Acidobacteria）,平均总相对丰度比例占到82.13%。在混合类抗生素制药废水厂中变形菌门（Proteobacteria）,拟杆菌门（Bacteroidetes）,厚壁菌门（Firmicutes）,栖热菌门菌门（Thermus）,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等为优势菌门,平均总相对丰度比例占到81.05%。3)通过荧光定量PCR和Miseq测序得出结果:微生物群落中Comamonadaceae、Thauera和Methyloversatilis等菌属可能是OXA-1抗性基因分布的主要菌属;Dokdonella菌属可能是OXA-2抗性基因分布的主要菌属。Bacterium、Aeromicrobium、Bdellovibrio、Gemmatimonadaceae与sul1呈正相关,为sul1在微生物群落中可能存在的主要菌属;Acinetobacter、Brachymonas和Caldimonas与tetO和tetW呈正相关,可能是tetO和tetW在微生物群落中存在的主要菌属。本研究,采用两个生产不同抗生素制药厂的生产废水,结合Miseq测序和荧光定量PCR技术技术,揭示了制药废水活性污泥中微生物群落结构菌群特征与抗生素抗性基因的传播途径及其相互作用,为制药废水生物处理提供了参数依据,并为制定有效的ARGs（antibiotic resistance genes）环境污染控制方法提供理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 抗生素抗性基因的研究现状
•     1.1.1 抗生素抗性基因的污染来源和趋势
•     1.1.2 水体环境中抗性基因和抗性细菌的行为
•   1.2 采用PCR法研究抗生素抗性基因
•   1.3 Miseq测序技术在微生物生态学中的应用
•     1.3.1 Miseq测序在水处理微生物中的应用
•     1.3.2 生物信息学在水处理微生物中的应用
•   1.4 研究目的、内容和技术路线
•     1.4.1 研究目的
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 技术路线
•   1.5 研究创新点与意义
• 第2章 试验材料与方法
•   2.1 污水处理厂简介
•   2.2 实验材料
•   2.3 分析项目及检测分析方法
•     2.3.1 常规污水水质监测方法
•     2.3.2 抗性基因的定性检测
•     2.3.3 抗性基因的定量检测
•     2.3.4 Miseq测序数据分析方法
•   2.4 数据整理
• 第3章 头孢类制药废水中抗性基因和微生物群落的分布特征
•   3.1 样品的采集和预处理
•   3.2 抗生素抗性基因分析
•   3.3 微生物群落多样性分析
•   3.4 微生物菌群结构分析
•     3.4.1 在门分类水平上分析
•     3.4.2 在属分类水平上分析
•   3.5 微生物菌群抗性基因冗余分析
•   3.6 本章小结
• 第4章 混合型抗生素制药废水中抗性基因和微生物群落
•   4.1 样品采集
•   4.2 微生物群落多样性分析
•   4.3 微生物群落和抗性基因相关性分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 对比生产不同抗生素制药废水中内酰胺类抗性基因和微生物群落
•   5.1 微生物菌群耐药基因定量检测
•   5.2 微生物群落多样性分析
•   5.3 微生物菌群结构分析
•     5.3.1 在门分类水平上分析
•     5.3.2 在属分类水平上分析
•   5.4 微生物群落和抗性基因相关性分析
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁立霞

导师: 罗晓,潘书通

关键词: 制药废水,抗生素抗性基因,微生物群落结构,测序,荧光定量

来源: 河北科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,有机化工,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 河北科技大学

分类号: X787;X172

总页数: 54

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