再生水入渗地下水过程中抗生素抗性基因分布特征及传播机制

In this study, the objective is to clearly address the occurrence,characteristic and fate of antibiotic resistance genes(ARGs) during the process of infiltrating into groundwater.Column and field experiments are conducted.Real-time quantitative PCR and traditional bacterial culturing as biotechnology method,together with ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) and Plasma emission spectroscopy (ICP) would be used as analysis method to resolve distribution characteristics, migration characteristics and mechanism of action of ARGs in reclaimed water, groundwater and the aeration zone. Given to that, relevance between reclaimed water and groundwater would be determined by multiple linear regression analysis and the involved mechanisms would be clearly explored. On this basis, spatial variation is acquired by analyzing migration and transformation characteristics of ARGs in the aeration zones. Combining with the vital signs and the mechanism of action,the fate of ARGs during the process of infiltration is determined and the mechanism of groundwater contaminated by ARGs is found out.

本项目针对我国地下水抗生素抗性基因（ARGs）污染风险问题，选择典型城市开展地下水ARGs调查，分析我国地下水ARGs污染状况及分布水平，探讨其来源于再生水入渗的相关性。结合土柱模拟试验及现场长期观测系统，采用实时荧光定量PCR分子学手段与传统细菌培养相结合的生物技术和超高效液相色谱串联质谱、等离子发射光谱等分析手段，分别对再生水、地下水及包气带中ARGs的分布特征、迁移特性、生命演化及作用机制进行研究，结合多元线性回归、显著性分析等统计学方法绘制再生水及地下水中ARGs的分布图谱，解析ARGs在入渗过程中的转移和传播机制，筛选出再生水中ARGs污染地下水的优先控制基因和指示因子，为地下水ARGs污染控制和风险防范提供理论依据。

为明晰抗生素及抗生素抗性基因在再生水及地下水中的分布及传播状况，本项目开展了相关的科学研究，具体成果如下：. 1）建立了同时测试4大类20种抗生素的前处理及仪器分析方法，该方法对地下水样品的回收率为62.7%-107.5%，方法检出限为0.1-1.1ng/L，定量限为1.0-2.0 ng/L。2）针对全国15个城市再生水入渗场地调查结果表明，北方地区氟喹诺酮类抗生素含量较高，南方地区磺胺类抗生素含量较高；磺胺类抗性基因sul1和sul2是样品中丰度最高的ARGs；且ARGs与诸多环境因素均显著相关。3）裸露的ARGs在土壤中的吸附特性研究表明，底泥对ARGs的吸附量显著高于包气带介质，不同目的基因片段的导入对其在土壤中的吸附影响较小。土柱实验模拟结果表明游离态ARGs由再生水迁移到地下水需要较长时间。4）外源ARGs的转移研究表明，ARGs的在环境中的转移应该更多的依赖于自身繁殖而不是水平基因转移。抗性菌增殖可以达到1-1.5倍/h，水平基因转移的增殖最高只有5.3×10-3的概率。5）北京市潮白河顺义段长期定点监测表明ARGs的丰度大致符合沿程递减规律，入渗区域ARGs呈现夏季>秋季>春季>冬季，且SRGs浓度与各种参数之间存在显着的正相关关系（R2 = 0.559〜0.974，p <0.01）。6）通过石墨烯复合改性TiO2光催化剂对sul1的去除进行了初步研究表明发现1%-3%的GO添加量可以达到4-5个数量级的去除。.项目总体上完成了任务书中主要工作，达到了预期研究成果，为再生水入渗过程ARGs污染传播风险及控制提供了可靠研究基础，对于环境风险评估及管理有重要的意义。