近年來隨著抗生素的廣泛使用,環(huán)境中殘留的抗生素誘導出大量耐藥菌(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,并且可以通過基因水平轉(zhuǎn)移(Horizontal genes transfer,HGT)的方式進行擴散和傳播,對人類健康和生態(tài)環(huán)境構成潛在威脅。此外,納米技術的快速發(fā)展使得納米材料廣泛的應用于工業(yè)和日常生活,導致越來越多的納米材料釋放到環(huán)境中。然而,目前關于納米材料對環(huán)境污染源中抗性基因影響的研究相對較少,而且作用機制有待進一步解析。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)微生物作為研究對象,探究不同納米材料對環(huán)境微生物中抗性基因的影響及其作用機理,為新型污染物的環(huán)境效應及抗性基因擴散控制提供理論依據(jù)。主要內(nèi)容與結果如下:1.納米材料的理化性質(zhì)表征及其對微生物生長的影響(1)粒度分析結果顯示納米材料的平均水力學直徑均大于100 nm,通過SEM圖像發(fā)現(xiàn)納米材料在反應體系中發(fā)生一定程度的團聚;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,結果表明較高濃度的納米材料會溶出更多的離子,但離子溶出比例隨納米材料暴露濃度的增加而下降。(2)費氏弧菌(Vibrio Fischeri)對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,通過測定生長曲線發(fā)現(xiàn)SWNTs和TiO_2 NPs能刺激微生物生長;而Cu NPs、Zn NPs、ZnO NPs和CuO NPs對微生物的生長有抑制作用,其中ZnO NPs的抑制強度最大。進而SEM圖像顯示納米材料可以緊密的吸附于微生物表面,但未對微生物的表面結構造成破壞。2.不同納米材料對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驗來看,納米材料可降低抗性基因的豐度(相對空白組),其影響程度隨著納米材料濃度增加而增大;從材料類型來看,ZnO NPs對抗性基因的削減效果最好,SWNTs和TiO_2 NPs的削減作用最小。(2)通過對各種納米材料的不同暴露時間和暴露濃度與目標抗性基因的豐度進行冗余(RDA)分析,結果發(fā)現(xiàn)目標基因豐度與暴露濃度和暴露時間均呈一定的負相關,且暴露時間對目標抗性基因sul1的豐度影響最大,而暴露濃度對目標基因intl1的豐度影響最大。3.從群落結構和細胞層面探究納米材料影響抗性基因的作用機理。(1)采用高通量測序和q-PCR技術對混合微生物菌群結構進行分析和目標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+)的離子溶出效應是納米材料影響ARGs變化的主要原因。對納米體系中微生物胞外聚合物進行定量分析,結果表明胞外聚合物的增加有助于減緩納米材料對抗生素抗性基因豐度的削減。(3)進行活性氧、胞外聚合物、溶出離子以及微生物生長抑制率對目標基因變化影響的權重分析(Variation partitioning analysis,VPA),結果顯示微生物生長抑制率在所有變量中對ARGs變化的解釋權重最大(22.44%);其次是離子溶出和活性氧,對基因變化的解釋權重分別是15.63%和14.73%。結果表明納米材料對微生物生長的抑制是造成抗性基因豐度降低的主要作用機制。(4)利用兩種耐藥純菌株(糞產(chǎn)堿菌Alcaligenes faecalis和大腸桿菌Escherichia coli)進行納米材料暴露實驗,發(fā)現(xiàn)CuO NPs和ZnO NPs可明顯降低糞產(chǎn)堿菌中目標抗性基因的豐度,但對大腸桿菌中目標抗性基因無明顯影響,結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,對特定微生物作用效果明顯。本研究通過分析納米材料對抗性基因的作用影響與機制,有助于了解納米材料與抗生素抗性基因的環(huán)境效應,為新型污染物的環(huán)境效應及抗性基因擴散控制提供理論依據(jù)。
【學位單位】：華東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X703;TB383.1
【部分圖文】：

化過程[23]以及抑制微生物活性[24]等。但目前對環(huán)境滲濾液體系中抗性基因響尚未有研究報道。目前，關于納米材料對環(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抗性基因的影響規(guī)律及作用機制。雖然已有研究在純菌體擬探究納米材料對抗性基因的影響規(guī)律，但納米材料對環(huán)境污染源中抗性及抗性基因的影響沒有研究報道。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），以垃圾填埋場的垃圾滲濾液中可培養(yǎng)微生物為象，探究納米材料對環(huán)境污染源中抗性基因的影響及其作用機理。本研究析納米材料對抗性基因的作用影響與機制，有助于了解納米材料與抗生素因的環(huán)境效應，為新型污染物的環(huán)境效應及抗性基因擴散控制提供理論依1.2 納米材料的性質(zhì)、應用及其環(huán)境影響1.2.1 納米材料的定義及類別

華東師范大學碩士學位論文高于水體和大氣[59, 60]。人類的活動影響使得環(huán)境復雜污染源中存在大量納米材料，如城市垃圾填埋場及其滲濾液[61-63]。然而存在于環(huán)境中的納米材料會通過皮膚接觸、吸入以及攝取三種主要途徑對動植物造成潛在暴露危害[18]。圖 1-3 為納米材料對人類、動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)移機制[88]Fig.1-4 Mechanism of horizontal gene transfer性基因具有易得難失的特點，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打破致病菌和抗生素之間衡，最終對人類健康和環(huán)境保護形成巨大挑戰(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、以及過期或廢舊個人護理和醫(yī)藥品等），使得城市垃圾填埋場成抗性基因主要污染源[14, 79, 90-92]。有研究調(diào)查了 12 個分布在中國六個不圾滲濾液中的抗性基因，發(fā)現(xiàn)樣品中均存在測試的 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】

相關期刊論文 前8條

1 劉苗苗;楊敏;張昱;姚宏;;環(huán)境中抗藥基因水平轉(zhuǎn)移研究進展[J];生態(tài)毒理學報;2015年05期

2 張瀅楹;耿金菊;任洪強;許柯;丁麗麗;;環(huán)境濃度抗生素選擇性壓力改變活性污泥微生物群落結構[J];生態(tài)毒理學報;2015年05期

3 高新磊;邵明非;賀小萌;歐陽峰;商丹丹;李繼;;污水處理廠空氣介質(zhì)抗生素抗性基因的分布[J];生態(tài)毒理學報;2015年05期

4 沈怡雯;黃智婷;謝冰;;抗生素及其抗性基因在環(huán)境中的污染、降解和去除研究進展[J];應用與環(huán)境生物學報;2015年02期

5 周啟星;羅義;王美娥;;抗生素的環(huán)境殘留、生態(tài)毒性及抗性基因污染[J];生態(tài)毒理學報;2007年03期

6 高春華;納米材料的基本效應及其應用[J];江蘇理工大學學報(自然科學版);2001年06期

7 錢軍民,李旭祥,黃海燕;納米材料的性質(zhì)及其制備方法[J];化工新型材料;2001年07期

8 張中太,林元華,唐子龍,張俊英;納米材料及其技術的應用前景[J];材料工程;2000年03期

本文編號：2821243