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抗生素抗性基因(ARGs)是当今社会人类健康面临的重要挑战之一。目前环境中普遍检出了高丰度ARGs、抗生素抗性菌甚至多重耐药菌。污水处理厂的污泥被认为是ARGs和抗生素抗性细菌的重要储存库、以及细菌间发生水平基因转移的潜在热点区域。加强污泥处理处置过程中ARGs的控制尤为重要。厌氧消化作为世界范围内污泥处理的主要工艺技术之一,可利用生化反应对污泥进行减量化、无害化和资源化处理,其中的有机质被转化成高经济附加值的甲烷,并用作清洁能源燃烧。有必要对污泥厌氧消化过程中ARGs的变化规律与强化控制开展深入研究。而污泥中往往又吸附有废水中的抗生素,抗生素压力是否会在厌氧消化过程中推动污泥ARGs发展尚未得到系统研究。此外,整合子是促进多重抗生素抗性发展的重要可移动遗传元件,但在污泥厌氧消化系统ARGs的研究中,整合子ARGs赋存特征的研究尚未开展。本研究首先考察了多个不同类型的污水处理厂污泥中ARGs的赋存特征,在掌握污泥中ARGs的分布特征基础上,搭建污泥厌氧消化反应器,选择典型抗生素作为研究对象,进行单一和复合抗生素压力胁迫实验,解析抗生素选择压力下污泥厌氧消化系统产酸过程和产甲烷过程中ARGs的赋存特征,从而阐明抗生素选择压力对污泥厌氧消化系统ARGs赋存特征的影响规律。基于以上研究得到以下主要结论:(1)污水处理厂污泥中的ARGs种类以氨基糖苷类、β-内酰胺类、多重耐药类、大环内酯-林可酰胺-链霉素B类(MLSB)和四环素类这5类抗性基因为主,磺胺类ARGs广泛存在于所有样品中,是绝对丰度最高的ARGs,丰度为1.18×10~9-9.86×10~9copies/g污泥;qac Edelta1、qac H和erm F是在工业废水处理系统广泛存在的丰度较高的几种ARGs。在I型整合子中氨基糖苷类ARGs是检出丰度最高的基因,其中aad A、aad A2和aad A5为典型ARGs代表,多重耐药类和氯霉素类ARGs也有较高丰度的检出,qac H在大多数样品中丰度较高;bla OXA10、ere A、cat B3和cat B8是在市政污水处理厂I型整合子中广泛存在的丰度较高的几种ARGs。ARGs的种类在DNA和I型整合子水平上都呈现市政污水处理厂>工业废水处理系统的特点,ARGs的丰度在DNA和I型整合子水平上具有相反的表现,DNA中为工业废水处理系统>市政污水处理厂,I型整合子中为市政污水处理厂>工业废水处理系统。微生物群落结构是引起污水处理系统中ARGs赋存特征出现差异性的重要影响因素。(2)左氧氟沙星(OFL)添加、红霉素(ERY)添加以及二者联合添加对厌氧消化产酸过程VFA的产生均起到抑制作用,抑制强度表现为:OFL&ERY>OFL>ERY。OFL和OFL&ERY对厌氧消化产酸系统的抑制是长期的,在实验的28 d内系统未有恢复正常的趋势。ERY的抑制作用时间较短,在第21 d后产酸系统有恢复正常运行的趋势。厌氧消化产酸过程会对ARGs的绝对丰度有所削减,主要是削减了氨基糖苷类、磺胺类和MLSB抗性基因。所有添加抗生素的组别中,ERY对ARGs丰度的提高具有最强的促进作用。梭菌纲是产酸过程中起到最关键作用的微生物,红霉素添加组中Clostridia(梭菌纲)的高占比是后期促进VFA产量提升的重要原因,而OFL和OFL&ERY抑制了梭菌的活性从而抑制了VFA的产生。红霉素添加组中各类ARGs丰度的显著增加可能是由于在厌氧消化产酸过程中其潜在宿主菌-Firmicutes(厚壁菌门)丰度的增加而引起的。(3)OFL添加、ERY添加以及二者联合添加会对厌氧消化CH4的产生起到抑制作用,OFL&ERY的抑制作用是最强的。OFL和OFL&ERY会严重抑制厌氧消化系统微生物的活性,最终厌氧消化系统几乎不再产气。长期的ERY压力胁迫下,厌氧消化有关的微生物会产生适应性,最终提高系统的产甲烷速率。在DNA水平上,抗生素会提高总体ARGs的丰度,不同抗生素对不同类型的ARGs丰度的影响存在差异。OFL&ERY对于促进ARGs丰度的增加作用最为显著,主要是由于β-内酰胺类、多重耐药类和MLSB类抗性基因的增多。ERY与OFL&ERY使I型整合酶基因(int I1)的丰度显著提高,并使I型整合子携带的基因盒有向更长的方向发展的趋势。OFL的影响与之相反,其对I型整合子携带的基因盒的长度和int I1的丰度都具有一定的抑制作用。ERY提高了细菌和古菌的多样性,以及古菌的绝对丰度,提升了Bacteroidia(拟杆菌)、梭菌和Methanosarcina(甲烷八叠球菌)的相对丰度,是ERY在厌氧消化产甲烷过程后期促进甲烷产生的关键原因。而OFL和OFL&ERY降低了细菌的多样性,并降低了关键水解酸化菌—Thermotogae(热袍菌)、拟杆菌、梭菌等的比例,使得OFL和OFL&ERY对厌氧消化产甲烷具有长期的抑制作用。