纳米颗粒对污水中耐药细菌的毒性影响及机理

污水厂是耐药细菌的储存库,也是纳米氧化物汇集的重要场所。污水中耐药细菌可能受到纳米氧化物的影响,使其生态环境风险发生显著改变。该文研究了纳米颗粒对城市污水中耐药细菌的毒性,以耐四环素(TC)大肠杆菌为对象,研究了4种纳米氧化物(nZnO、nCuO、nTiO_2和nAl_2O_3)在不同粒径下对其毒性的影响,进而以nZnO为例考察了浓度和不同赋存形态的影响,在此基础上从接触效应和溶出效应两方面考察了纳米氧化物对耐药细菌毒性的产生机制。实验结果表明,4种纳米氧化物中,nZnO的细胞毒性最强,然后依次是nCuO、nTiO_2和nAl_2O_3;纳米氧化物浓度越高,粒径越小,赋存时间越长,则毒性越强。从影响机理看,纳米氧化物首先刺激细胞产生应激反应,进而破坏细胞膜。纳米氧化物接触效应和溶出效应共同发挥作用,但后者占主要地位。胞内金属离子含量和细胞存活率间呈良好相关性,溶出效应对毒性的贡献在70%～84%。该文可为研究纳米材料对耐药细菌的生物效应提供参考。

南京地区污水厂、自来水厂及长江中抗性基因MCR-1和NDM-1的污染特征

近年来,新型抗性基因以其易传播和耐药广等特性,展现出比传统抗性基因更严峻的健康风险,在临床卫生领域受到广泛关注,但目前对其在环境中的行为和风险研究很少.为此,考察了2种有代表性的新型抗性基因MCR-1和NDM-1的污染特征,并借助荧光定量PCR探索了长江下游(南京段)及附近污水厂和自来水厂中MCR-1和NDM-1的分布特征,进而采用RDA (冗余性分析)评价了分布特征受水质指标的影响效果.结果表明:①污水厂进水中MCR-1和NDM-1绝对丰度较高,且随处理流程呈下降趋势,总去除率分别为92. 5%和92. 7%,但出水中MCR-1和NDM-1绝对丰度仍分别达2. 5×10~8和7. 0×10~6copies/L.②长江下游(南京段)各采样点MCR-1和NDM-1绝对丰度的范围分别为8. 5×10~7～3. 5×10~9和4. 3×10~5～2. 1×10~7copies/L,随水流方向呈降低趋势,但在个别采样点出现异常升高的情况,主要受该区域人为污染的影响.③自来水厂处理工艺对MCR-1和NDM-1去除率分别为75. 0%和70. 6%,但出水中存留的MCR-1和NDM-1绝对丰度分别达1. 4×10~7和6. 3×10~4copies/L,且MCR-1和NDM-1在排泥水中大量富集.④MCR-1绝对丰度与ρ(CODCr)、ρ(NH3-N)、电导率呈正相关,而NDM-1绝对丰度仅和浊度存在弱相关关系,与其他水质指标无明显相关性.研究显示,污水处理工艺无法有效去除MCR-1和NDM-1,大量抗性基因通过污水厂出水排入长江,同时自来水厂以含有较高绝对丰度抗性基因的长江水作为水源水,最终自来水厂出水中残存的抗性基因可能进入人体,生态健康风险较大.

城市污水厂MCR-1基因及其携带菌的污染

研究了南京某城市污水处理厂MCR-1基因及其携带菌的污染特征,从MCR-1的分布特征、影响因素及MCR-1携带菌的耐药特征等方面综合评价.结果发现MCR-1随处理流程丰度下降,去除率达83.6%,但其相对丰度在出水中显著升高,剩余污泥中含有高浓度MCR-1,浓度达2.88×1012copies/L.粘菌素耐药菌同样沿处理流程逐渐降低,出水降至53CFU/mL,去除率达99.98%,但在剩余污泥中浓度高达2.04×105CFU/mL.相关性分析发现MCR-1丰度与氨氮含量呈正相关,而相对丰度与COD、总氮和硝酸盐含量呈负相关.耐药特征分析表明曝气池(CAST、MSBR)和曝气生物流化池(ABFT)中MCR-1携带菌可耐受较高浓度粘菌素,且污水处理使MCR-1携带菌对粘菌素的耐受能力提高.表明污水处理流程不但无法完全去除MCR-1及其携带菌,且导致耐药性风险提高.本研究可为评价污水中以MCR-1为代表的超级抗性基因的环境风险提供参考.

微塑料对城市污水中胞内和胞外抗性基因的富集特征研究

作为近年来国内外关注的焦点问题,微塑料不仅本身具有生物毒性,还能携带多种污染物构成复合污染.然而目前对于微塑料携带抗性基因的污染特征尚鲜有研究.考察了聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯及再生聚乙烯4种微塑料对城市污水中胞内与胞外抗性基因的富集特征与影响因素.结果表明:4种微塑料对胞外抗性基因的富集倍数在3.12×10^(2)~4.07×10^(3)之间,显著高于胞内(4.44×10^(1)~2.14×10^(3)),且对于同种污水类型,最高能达胞内的13.1倍.微塑料对二沉池出水中抗性基因的富集倍数(2.14×10^(3)~4.07×10^(3))显著高于污水厂进水(3.12×10^(2)~7.61×10^(2))和活性污泥(4.44×10^(1)~5.84×10^(2)).微塑料类型对抗性基因的富集有显著影响,其中聚丙烯的富集能力最强,最高达3.03×10^(14) copies g(胞内抗性基因)和6.27×10^(13) copies g(胞外抗性基因);聚苯乙烯对胞外基因的富集倍数高于聚乙烯,而对于胞内基因的富集倍数低于后者;再生聚乙烯与聚乙烯的富集能力无显著差异.微塑料对抗性基因的富集量与微塑料的粒径、浓度均成反比,富集过程遵循准二级动力学模型.研究显示,微塑料能大量富集污水中的抗性基因,特别是胞外抗性基因,从而显著提高抗性基因的迁移能力,增大后续公共健康风险.

城市污水生物处理过程中结合型和游离型胞外抗生素抗性基因的产生特征

胞外抗生素抗性基因是抗性基因的重要存在形式,可能通过转化重新进入细胞表达抗药性。因此其具有严峻却隐蔽的健康风险,且不同形态胞外抗生素抗性基因的风险存在显著差异,然而当前针对胞外抗性基因风险的研究极为稀少。本研究以序批式活性污泥反应器(SBR)为例,考察了污水生物处理过程中结合型和游离型胞外抗性基因产生的时空特征,以及曝气强度和污泥负荷的影响。结果表明,SBR启动期2种胞外抗性基因均大量产生,且游离型胞外抗性基因的增加倍数和持续时间高于结合型;稳定运行后2种胞外抗性基因的丰度显著下降。从胞内外抗性基因的比重来看,好氧阶段以胞外抗性基因为主,且游离型胞外抗性基因比例达60%以上;厌氧阶段以胞内抗性基因为主,且结合型胞外抗性基因比例升高(7.5%~31.9%);出水中游离型胞外抗性基因占据绝对优势,比例达66.5%~86.9%。曝气强度提高使2种胞外抗性基因丰度显著提高,但游离型胞外抗性基因提高程度(2.2倍~12.2倍)高于结合型(2.1倍~6.2倍)。污泥负荷提高同样导致2种胞外抗性基因丰度提高,但游离型胞外抗性基因提高程度(1.3倍~7.8倍)低于结合型(1.9倍~13.3倍)。研究表明,大量胞外抗性基因将在污水生物处理过程中产生,并随污水排放至环境中,是水环境中抗生素抗性基因(ARGs)的重要来源之一。