污水处理系统中抗生素抗性基因污染研究

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证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名：弘日司美
签字日期：
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日
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本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堑’江盘堂可
ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ－ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ（ＰＣＲ）ａｎｄ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ
ｍ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ａｒｅａｓ ｕｓｌｎｇ
ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ
ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ
（ｑＰＣＲ）．
细菌总数存在一定的相关性（Ｒ２＝０．５５２，Ｐ＜０．０５ ｔｅｔＭ；Ｒ｝０．４４８，Ｐ＜０．０５
ｓｕｌｌ）；四环素类ｔｅｔＱ和ｔｅｔＯ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，Ｐ＜０．０５ ｔｅｔＱ；Ｒ２＝０．３９４，Ｐ＜０．０５ ｔｅｔＯ）。
（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（Ｐ＞０．０５）。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
ｉｎｆｌｕｅｎｔｓ ｏｆ ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｓｙｓｔｅｍｓ
ｔｈａｎ
ｉｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｄｏｍｅｓｔｉｃ
ｓｅｗａ２ｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ａｓ ｆｏｒ ｔ１１ｅ
ａｎｄ
ａｒｅ
ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ，ａｒｅ
ｒｅｇａｒｄｅｄ
ａｓ
ａｌｓｏ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒｓ．Ｓｏ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ＡＲＧｓ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
ｓｙｓｔｅｍｓ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｆｏｒ ｖａｒｉｏｕｓ
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ，ｆｏｕｒ ｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｅｎｅｓ（ｔｅｒＭ，ｔｅｔＯ，ｔｅｔＱ ａｎｄ
ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｔ Ｏｖｅｒａｌｌ，ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＡＲＧｓ ａｎｄ ｉｎｔＩｌ ｇｅｎｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｓｙｓｔｅｍｓ
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Ｚｈｅｊｉａｎｇ ａｒｅａｓ．Ｉｎ ｔｈｅ
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ａｎｄ
ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ８ ｒｕｒａｌ
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ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ
ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ
ｓｙｓｔｅｍｓ
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ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｓｙｓｔｅｍｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｇｅｎｅ ｃａｓｓｅｔｔｅｓ，ｉｎｔｅｇｒｏｎｓ，ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ，ｗｈｉｃｈ ｐｌａｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｒｏｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｏｆ
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ａｓ
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ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）ｉｎ ｔｈｅ
最后，特别要感谢我的家人，谢谢你们多年来对我的支持和付出，感谢你们 对我最无私的爱！谢谢！
张明美 ２０１３年１月于紫金港
浙江大学硕士学位论文
前 课题来源
言
本课题来源于国家自然科学基金，课题编号：２１２７７１２。
研究意义
在医药、畜牧和水产养殖业中长期大量的不合理、不规范使用抗生素将造成 环境中细菌的耐药性增加，进而导致环境介质中抗生素抗性基因（Ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ
ａｎｌｏｕｎｔｓ ｏｆ
ｔｈｒｅａｔ ｔｏ ｐｕｂｌｉｃ ｈｅａｌｔｈ．Ｉｎ
ｒｅｇｉｏｕｓ，ｌａｒｇｅ
ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃｓ，ａｓ
ｗｅｌｌ
ａｓ
ＡＲＧｓ，ａｒｅ ｅｘｃｒｅｔｅｄ ａｎｄ ｒｅａｃｈ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｌｒｎｅｎｔ
ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ
感谢浙江省林业科学研究院李海波老师和彭华正老师在实验过程中提供的 试验平台和仪器支持，感谢在此期间给予我的鼓励和帮助。
感谢李晓娟师姐、夏云峰师兄、孟慧娟师姐、朱金余师兄、周俊师兄、朱赛 嫦、闰书海、成卫孝师弟、李佳楠师弟、徐莉柯师妹、钱燕云师妹、苏超师弟在 实验和生活中给予的帮助和支持。
衷心感谢每一位关心、支持、帮助过我的老师和同学！
ｔｅｔＯ、ｔｅｔＱ、ｔｅｔＷ基因；磺胺类：ｓｕｌＩ、ｓｕｌｌｌ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ｓｕｅ基因浓度与Ｉ类整合子浓度呈 现正相关性（Ｒ２＝０．７５６，Ｐ＜０．０５）；四环素类ｔｅｔＭ基因和磺胺类ｓｕｅ基因浓度与
Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
Ｇｅｎｅｓ，ＡＲＧｓ）的产生、传播和扩散。鉴于抗生素抗性基因可以在环
境介质中持久性存在，并可通过基因水平转移等作用在不同菌群间进行传播，抗 生素抗性基因及其在环境中的传播已成为环境领域的研究热点之一。世界卫生组 织（ＷＨＯ）已将抗生素抗性基因作为２１世纪威胁人类健康的重大挑战之一，并 宣布将在全球范围内对抗生素抗性基因的控制进行战略部署。 近年来，各国学者专家对环境中抗生素抗性基因的来源、检出频率和浓度、 传播途径以及可能引起的生态风险等方面开展了广泛的研究。然而迄今为止，国 内对抗生素抗性基因污染的研究尚处于起步阶段，也没有将抗生素抗性基因作为 一种新型的环境ຫໍສະໝຸດ Baidu染物而引起足够的重视。目前国内关于抗生素抗性基因的研究 主要集中在水环境和养殖业中抗生素抗性基因的检出及浓度特征研究；对于既是 抗生素抗性基因重要的储存库，也是削减抗生素抗性基因及控制抗性传播重要环 节的污水处理系统却研究甚少。 各种污染源排放的抗生素抗性基因通过污水收集系统进入污水处理系统，而 污水和污泥中包含的抗生素抗性基因又可以通过污水排放和污泥土地利用等方 式重新回到自然环境；因此，开展不同污水处理系统中抗生素抗性基因的来源、 污染调查、及去除状况研究将有利于控制抗生素抗性基因的传播。通过加强对污 水处理系统中抗生素抗性基因的去除效果、影响因素及去除机制进行深入研究， 将为抗生素抗性基因污染控制提供有益参考，对于保障居民身体健康和区域生态 环境安全，制定符合我国国情的抗生素抗性基因污染控制策略及消除措施，有着
ＩＩＩ
浙江大学硕士学位论文
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（Ｐ＜０．０５）。人工湿地 系统中四环素类抗性基因和磺胺类ｓｕｌｌ基因削减约为１．７０～２．３７个数量级；磺胺 类ｓｕｌｌｌ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（Ｐ＜０．０５）， 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ｓｕｌｌ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＝ｏ．８８１，Ｐ ＜Ｏ．０５：ｔｅｔＭ：Ｒ２＝０．７９１，Ｐ＜０．０５；ｓｕｅ：Ｒ２＝０．８７９，Ｐ＜０．０５）。
ｏｒ ｏｖｅｒｕｓｅ
ｍｅｄｉｃｉｎｅｓ
ｔｏ ｔｒｅａｔ
ｏｆ
ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃｓ
ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ
ｔｏ ｔｈｅ ｅｍｅｒｇｅｎｃｅ ａｎｄ ｓｐｒｅａｄ ｏｆ ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
ｇｅｎｅｓ（ＡＲＧｓ）ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ・
ａ
ＡＲＧｓ ｕｒｂａｎ
ａｒｅ
ａｎｄ ｐｏｓｅ ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ
重要的指导意义。
ＩＩ
浙江大学硕士学位论文
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、
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
ＩＶ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｕｍａｎ ａｎｄ ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍａｎｙ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｉｎｆｅｃｔｉｏｎｓ，ｂｕｔ ｍｉｓｕｓｅ
以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书）
学位论文作者签名：
扣丑日美
弓月３日
导师签名：
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签字日期：参ｏＪ≥年
签字日期：
凇俜年．；月『ｆ日
浙江大学硕士学位论文
致
谢
论文完成之际，衷心感谢我的导师陈红副教授。本论文从开题、撰写到最后 修改，都凝聚了了导师大量的心血，陈老师谦虚的学者风范、勤勉严谨的治学态 度、踏实的工作作风都是我今后学习的榜样。本人在这两年半的学习和成长历程 中，无处不凝聚着导师的谆谆教导和无微不至的关怀。短暂相处，终生受益！
⑧
论文作者签名：叠旦亟羔
指导教师签名：
Ｉ！！鲢２
论文评阅人１：篮函坚童堕墼
评阅Ｚ．２： ｉ，平ＮＺ．３：
墅垦盈 奎渔）篮
塑堡 壹ｌ避豆堕
答辩委员会主席： 委员１： 委员２： 委员３： 委员４：
墨塾整整垫整
銎盈鼙
盘豇＆叠噬
龟ｌ盗叠逸
一
答辩日期：
抄段ｐ；、ｏ ８
浙江大学研究生学位论文独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发