發(fā)布時(shí)間：2020-09-17 21:12

　　 近年來(lái)隨著抗生素的廣泛使用,環(huán)境中殘留的抗生素誘導(dǎo)出大量耐藥菌(Antibiotic resistance bacterial,ARB)和抗生素抗性基因(Antibiotics resistance genes,ARGs)�？股乜剐曰蛟诃h(huán)境中的持久性殘留,并且可以通過(guò)基因水平轉(zhuǎn)移(Horizontal genes transfer,HGT)的方式進(jìn)行擴(kuò)散和傳播,對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。此外,納米技術(shù)的快速發(fā)展使得納米材料廣泛的應(yīng)用于工業(yè)和日常生活,導(dǎo)致越來(lái)越多的納米材料釋放到環(huán)境中。然而,目前關(guān)于納米材料對(duì)環(huán)境污染源中抗性基因影響的研究相對(duì)較少,而且作用機(jī)制有待進(jìn)一步解析。因此,本論文選取不同類型的納米材料(納米金屬、金屬氧化物和碳納米管),以垃圾滲濾液中篩選出的可培養(yǎng)微生物作為研究對(duì)象,探究不同納米材料對(duì)環(huán)境微生物中抗性基因的影響及其作用機(jī)理,為新型污染物的環(huán)境效應(yīng)及抗性基因擴(kuò)散控制提供理論依據(jù)。主要內(nèi)容與結(jié)果如下:1.納米材料的理化性質(zhì)表征及其對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響(1)粒度分析結(jié)果顯示納米材料的平均水力學(xué)直徑均大于100 nm,通過(guò)SEM圖像發(fā)現(xiàn)納米材料在反應(yīng)體系中發(fā)生一定程度的團(tuán)聚;利用電感耦合等離子光譜儀(ICP-OES)分析納米材料的離子溶出特性,結(jié)果表明較高濃度的納米材料會(huì)溶出更多的離子,但離子溶出比例隨納米材料暴露濃度的增加而下降。(2)費(fèi)氏弧菌(Vibrio Fischeri)對(duì)納米材料的急性毒性表征,發(fā)現(xiàn)納米材料的毒性大小為Cu NPsZn O NPsSWNTsZn NPsCuO NPsTiO_2 NPs。進(jìn)一步將滲濾液中篩選培養(yǎng)的微生物暴露于納米材料中,通過(guò)測(cè)定生長(zhǎng)曲線發(fā)現(xiàn)SWNTs和TiO_2 NPs能刺激微生物生長(zhǎng);而Cu NPs、Zn NPs、ZnO NPs和CuO NPs對(duì)微生物的生長(zhǎng)有抑制作用,其中ZnO NPs的抑制強(qiáng)度最大。進(jìn)而SEM圖像顯示納米材料可以緊密的吸附于微生物表面,但未對(duì)微生物的表面結(jié)構(gòu)造成破壞。2.不同納米材料對(duì)滲濾液微生物中抗性基因的傳播影響;(1)從微生物在納米材料的暴露實(shí)驗(yàn)來(lái)看,納米材料可降低抗性基因的豐度(相對(duì)空白組),其影響程度隨著納米材料濃度增加而增大;從材料類型來(lái)看,ZnO NPs對(duì)抗性基因的削減效果最好,SWNTs和TiO_2 NPs的削減作用最小。(2)通過(guò)對(duì)各種納米材料的不同暴露時(shí)間和暴露濃度與目標(biāo)抗性基因的豐度進(jìn)行冗余(RDA)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)目標(biāo)基因豐度與暴露濃度和暴露時(shí)間均呈一定的負(fù)相關(guān),且暴露時(shí)間對(duì)目標(biāo)抗性基因sul1的豐度影響最大,而暴露濃度對(duì)目標(biāo)基因intl1的豐度影響最大。3.從群落結(jié)構(gòu)和細(xì)胞層面探究納米材料影響抗性基因的作用機(jī)理。(1)采用高通量測(cè)序和q-PCR技術(shù)對(duì)混合微生物菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和目標(biāo)ARGs定量,發(fā)現(xiàn)可培養(yǎng)微生物主要是以芽孢桿菌屬為主(~98%),體系中的抗性基因主要是sul1、aadA1和intl1,且基因占比不隨納米材料的種類發(fā)生變化。(2)將微生物暴露于溶出離子中,結(jié)果表明含鋅和銅的金屬納米材料可降低微生物抗性基因豐度,其中Zn~(2+)和Cu~(2+)的離子溶出效應(yīng)是納米材料影響ARGs變化的主要原因。對(duì)納米體系中微生物胞外聚合物進(jìn)行定量分析,結(jié)果表明胞外聚合物的增加有助于減緩納米材料對(duì)抗生素抗性基因豐度的削減。(3)進(jìn)行活性氧、胞外聚合物、溶出離子以及微生物生長(zhǎng)抑制率對(duì)目標(biāo)基因變化影響的權(quán)重分析(Variation partitioning analysis,VPA),結(jié)果顯示微生物生長(zhǎng)抑制率在所有變量中對(duì)ARGs變化的解釋權(quán)重最大(22.44%);其次是離子溶出和活性氧,對(duì)基因變化的解釋權(quán)重分別是15.63%和14.73%。結(jié)果表明納米材料對(duì)微生物生長(zhǎng)的抑制是造成抗性基因豐度降低的主要作用機(jī)制。(4)利用兩種耐藥純菌株(糞產(chǎn)堿菌Alcaligenes faecalis和大腸桿菌Escherichia coli)進(jìn)行納米材料暴露實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)CuO NPs和ZnO NPs可明顯降低糞產(chǎn)堿菌中目標(biāo)抗性基因的豐度,但對(duì)大腸桿菌中目標(biāo)抗性基因無(wú)明顯影響,結(jié)果表明納米材料可降低抗性基因豐度;但納米材料的影響具有選擇性,對(duì)特定微生物作用效果明顯。本研究通過(guò)分析納米材料對(duì)抗性基因的作用影響與機(jī)制,有助于了解納米材料與抗生素抗性基因的環(huán)境效應(yīng),為新型污染物的環(huán)境效應(yīng)及抗性基因擴(kuò)散控制提供理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X703;TB383.1
【部分圖文】：

化過(guò)程[23]以及抑制微生物活性[24]等。但目前對(duì)環(huán)境滲濾液體系中抗性基因響尚未有研究報(bào)道。目前，關(guān)于納米材料對(duì)環(huán)境污染源中抗性基因影響的研究較為缺乏，尚未明確納米材料對(duì)抗性基因的影響規(guī)律及作用機(jī)制。雖然已有研究在純菌體擬探究納米材料對(duì)抗性基因的影響規(guī)律，但納米材料對(duì)環(huán)境污染源中抗性及抗性基因的影響沒(méi)有研究報(bào)道。本論文選取不同類型的納米材料（納米金屬氧化物和碳納米管），以垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液中可培養(yǎng)微生物為象，探究納米材料對(duì)環(huán)境污染源中抗性基因的影響及其作用機(jī)理。本研究析納米材料對(duì)抗性基因的作用影響與機(jī)制，有助于了解納米材料與抗生素因的環(huán)境效應(yīng)，為新型污染物的環(huán)境效應(yīng)及抗性基因擴(kuò)散控制提供理論依1.2 納米材料的性質(zhì)、應(yīng)用及其環(huán)境影響1.2.1 納米材料的定義及類別

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文高于水體和大氣[59, 60]。人類的活動(dòng)影響使得環(huán)境復(fù)雜污染源中存在大量納米材料，如城市垃圾填埋場(chǎng)及其滲濾液[61-63]。然而存在于環(huán)境中的納米材料會(huì)通過(guò)皮膚接觸、吸入以及攝取三種主要途徑對(duì)動(dòng)植物造成潛在暴露危害[18]。圖 1-3 為納米材料對(duì)人類、動(dòng)物及微生物的潛在暴露途徑示意圖。

圖 1-4 抗性基因水平轉(zhuǎn)移機(jī)制[88]Fig.1-4 Mechanism of horizontal gene transfer性基因具有易得難失的特點(diǎn)，雖然減少環(huán)境中抗生素濃度可以減緩選擇到削減環(huán)境中耐藥微生物的目的，但已存在環(huán)境中的抗性基因和基因轉(zhuǎn)會(huì)一直維持穩(wěn)定[10]。并且隨著健康醫(yī)療和農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要，環(huán)境中抗將是前所未有的，環(huán)境中抗生素的選擇壓力會(huì)打破致病菌和抗生素之間衡，最終對(duì)人類健康和環(huán)境保護(hù)形成巨大挑戰(zhàn)。3.2 垃圾滲濾液中抗生素抗性基因的存在與分布于填埋場(chǎng)處置大量的含有抗生素和抗性基因的固體物（如市政污泥、非棄物、以及過(guò)期或廢舊個(gè)人護(hù)理和醫(yī)藥品等），使得城市垃圾填埋場(chǎng)成抗性基因主要污染源[14, 79, 90-92]。有研究調(diào)查了 12 個(gè)分布在中國(guó)六個(gè)不圾滲濾液中的抗性基因，發(fā)現(xiàn)樣品中均存在測(cè)試的 5 種抗性基因（tebla、sul1 和 sul2）以及 7 種耐藥異養(yǎng)微生物，其中抗性基因的豐度

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號(hào)：2821243