污水处理厂中红霉素抗药性基因的分布去除规律及其影响因子

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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。ARGs可以在环境中持久性残留,并且在不同环境介质中传播和扩散,其作为一种新型污染物已成为环境领域的研究热点之一。污水处理厂是ARGs的重要储存库,其中包含的抗生素、杀菌剂和重金属等物质都可能会影响ARGs的形成、水平转移和增殖。因此,深入研究污水处理厂中抗生素及重金属等污染物对ARGs的选择诱导作用对于控制 ARGs在环境中的产生和传播具有重要意义。  本研究以上海市一家城市污水处理厂为研究对象,对污水处理厂中12种药物和个人护理品(pharmaceuticalsand personal care products,PPCPs)、6种重金属以及7种红霉素抗药性基因(ERY-ARGs)的含量水平与去除特征进行了研究,并在此基础上探讨分析了PPCPs和重金属与ERY-ARGs的相关关系,主要结论如下:  (1)污水处理厂中12种不同 PPCPs含量水平研究结果显示,磺胺甲噁唑、红霉素、四环素、卡马西平和三氯生共5种不同PPCPs在污水中检出,浓度范围分别为24.5~38.7,47.5~49.2,43.1~85.4, 2.5~3.9和423.2~8973.3 ng/L。两段A/O污水处理工艺对三氯生的去除率可达95.3%,但对其它4种PPCPs去除效果较差。  (2)采用电感耦合等离子体质谱(inductivelycoupled plasma mass spectrometer,ICP-MS)分析了水样中6种重金属的浓度水平。Cr、Cu、Zn和Pb四种重金属元素在污水样中检出,浓度范围分别为143.1~383.0、136.9~235.5、18.1~98.4和7.1~37.4μg/L。两段A/O工艺对Zn的总体去除效果最好,对Cu、Pb和Cr的去除率分别为48%、43%和18%。  (3)实时荧光定量PCR结果显示,目标ERY-ARGs均在污水中检出,在原水中的浓度范围为9.28×103(ermA)~1.83×108(ereA) copies/L,两段A/O工艺能够显著降低污水中ERY-ARGs的浓度水平,降低幅度达1.19~3.97个对数浓度。  (4)PPCPs与ERY-ARGs相关性分析结果显示,ERY与目标ERY-ARGs(除ermA)之间均具有显著相关性,与 ERY-ARGs总和之间也呈现出极高的显著相关性,表明ERY对ERY-ARGs的产生和散播具有重要影响。此外,杀菌剂三氯生与ERY-ARGs之间同样具有显著相关性,表明三氯生对ERY-ARGs可能具有交叉选择性作用。  (5)污水中重金属与ERY-ARGs相关性分析结果显示,酯酶基因ereA与重金属Cu、Zn和Pb之间均呈现出较好的显著相关性,在一定程度上表明重金属暴露可能对ERY-ARGs具有共选择性作用。
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