城市污水处理厂抗生素抗性基因研究进展.pdf

城市污水处理厂抗生素抗性基因研究进展张冰1,2，赵琳1，陈坦1,2*1.中央民族大学生命与环境科学学院2.中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心摘要抗生素抗性基因（ARGs）是一类对自然环境及人体健康造成极大威胁的新型污染物，城市污水处理厂是 ARGs 的重要源和汇，具有重大潜在生态风险。系统梳理了污水处理过程中不同类型 ARGs 的组成变化特征和转移机制，提出-内酰胺类、大环内酯类、四环素类、磺胺类、氨基糖苷类等类型 ARGs 广泛存在于全球污水处理厂中，但不同类型 ARGs 的丰度随污水处理过程的变化特征各异，且不同处理单元中的高丰度 ARGs 存在差异，水平转移是 ARGs 的主要转移机制。总结了环境条件、进水水质、操作参数等常见因素对 ARGs 丰度和分布的影响。在此基础上提出，识别具有指示作用的 ARGs 及其关键影响因素，定量分析各类因素对 ARGs 丰度、种类及水平转移机制的影响，以及建立 ARGs 风险评价标准体系是城市污水处理厂监测与控制 ARGs 潜在生态风险的未来发展方向。关键词抗生素抗性基因；污水处理厂；赋存特征；转移机制；影响因素中图分类号：X703；X172文章编号：1674-991X（2023）04-1384-11doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220847Research progress of antibiotic resistance genes in wastewater treatment plantsZHANGBing1,2,ZHAOLin1,CHENTan1,2*1.CollegeofLifeandEnvironmentalSciences,MinzuUniversityofChina2.BeijingEngineeringResearchCenterofFoodEnvironmentandHealth,MinzuUniversityofChinaAbstractAntibiotic resistance genes(ARGs)are emerging contaminants which pose a great threat to theenvironmentandhumanhealth.AsanimportantsourceandsinkofARGs,wastewatertreatmentplants(WWTPs)havegreatpotentialecologicalrisks.Therefore,thediversity,compositionaswellastransfermechanismofARGsinthewastewatertreatmentprocessesweresystematicallyintroduced.ARGsofbeta-lactam,macrolide,tetracycline,sulfonamideandaminoglycosidewerewidelydetectedinglobalWWTPs.However,theabundanceofdifferenttypesofARGsalongtreatmentprocessesanddominantARGsdetectedineachprocessweredifferent.Horizontaltransfer was the main transfer mechanism of ARGs.The effects of common factors such as environmentalconditions,influentwastewaterqualityandoperationalparametersontheabundanceanddistributionofARGswerealsosummarized.ItwasproposedthatthefocusoffutureresearchwasidentifyingtherepresentativeARGsandthemostinfluencingfactors,quantifyingtheeffectsofvariousfactorsontheabundance,compositionsandhorizontaltransfermechanismsofARGs,andestablishingastandardsystemforevaluatingtherisksofARGsformonitoringandcontrollingthepotentialecologicalrisksofARGsinWWTPs.Key wordsantibioticresistancegenes;wastewatertreatmentplants(WWTPs);occurrencecharacteristics;transfermechanisms;influencingfactor抗生素是微生物的次级代谢产物，具有抑菌、灭菌的作用，自 1928 年发现青霉素以来，抗生素已广泛应用于医疗行业与生产生活中1。但抗生素的滥用、乱用导致微生物的耐药性持续提升，加剧环境中抗生素抗性基因（ARGs）和抗生素抗性细菌（ARBs）的广泛传播，严重威胁着人类健康与生态安全。由于 ARGs 是 ARBs 存在耐药性的根本原因，即使ARBs 死亡，携带 ARGs 的裸露 DNA 仍会长期存在于环境中，因此 ARGs 在环境中的持久性残留、传播和扩散危害极大2。收稿日期：2022-08-25基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（2022QNPY56，2022QNYL27）作者简介：张冰（1990），女，讲师，研究方向为污水处理系统微生物群落及抗生素抗性，*责任作者：陈坦（1986），男，副教授，研究方向为固体废物处理与处置工程，Vol.13，No.4环境工程技术学报第13卷，第4期Jul.，2023JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology2023年7月张冰，赵琳，陈坦.城市污水处理厂抗生素抗性基因研究进展 J.环境工程技术学报，2023，13（4）：1384-1394.ZHANGB,ZHAOL,CHENT.ResearchprogressofantibioticresistancegenesinwastewatertreatmentplantsJ.JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology，2023，13（4）：1384-1394.城市污水处理厂已被证明是抗生素和 ARGs 的重要“源”与“汇”。据估计，大约 30%60%的处方抗 生 素3以 及 畜 牧 养 殖 和 医 疗 废 水 中 的 大 量ARGs4在污水处理厂汇集，而活性污泥系统中较高的微生物浓度与多样性以及亚抑制浓度抗生素的选择压将进一步促进 ARGs 和 ARBs 的生成与传播。据报道，污水处理厂出水对下游水体 ARGs 具有较高贡献5，污水处理厂中 ARGs 的种类与丰度显著高于冻土与沉积物样品6以及淡水7、土壤8等环境介质。在某些地区，市政污水中的 ARGs 种类和丰度显著高于医院废水9。现有的城市污水处理工艺主要针对 COD、氨氮等常规污染物，对 ARGs 的去除能力有限10，因此，如何有效去除 ARGs 受到了全球学者的广泛关注。1基于文献计量的研究现状简述为了解城市污水处理厂中 ARGs 的相关研究进展与热点，分别以“Antibioticresistancegene*/ARG*”+“Wastewater treatment plant*/WWTP*”为 主 题 在WebofScience（WoS）以及以“抗性基因”+“污水”为主题在中国知网（CNKI）检索了 2006 年以来发表的相关论文。从 2006 年 Pruden 等11提出 ARGs 为新兴污染物开始，污水处理厂与 ARGs 有关研究呈逐年上升的趋势，2013 年进入快速上升阶段，与抗生素的研究趋势相近12。20062009 年 CNKI 仅报道了 1 篇有关污水中 ARGs 的论文，从 2010 年开始发文量才有所提升图 1（a）。虽然 CNKI 发文量整体偏少，但利用 VOSviewer 将 WoS 核心合集检索结果可视化后发现，以中国为发文国家的 SCI 论文数量领先于其他国家和地区图 1（b），表明我国在有关污水处理厂 ARGs 的研究中具有重要的国际地位。进一步梳理和归纳后可以发现，现有研究主要关注以下 4 个方面：1）ARGs 在污水处理过程以及后续环境介质中的归趋；2）抗生素、重金属等污染物对ARGs 的选择压力与相互作用；3）ARGs 的传播扩散途径；4）影响 ARGs 丰度、多样性和水平基因转移的主要环境因素。本研究也主要围绕这 4 个方面展开综述。图 1 20062021 年国内外有关污水处理厂 ARGs 的发文统计Fig.1StatisticalchartsofpublicationsonARGsinWWTPsathomeandabroadfrom2006to2021 2城市污水处理厂中 ARGs 的组成及丰度变化特征 2.1主要 ARGs 类型8 大类 ARGs 包括-内酰胺类、大环内酯类、四环素类、磺胺类、氨基糖苷类、氟喹诺酮-喹诺酮-氟苯尼考-氯霉素-安非霉素（FCA）类、多药类、万古霉素类，在污水处理厂中均能检出。其中磺胺类、四环素类、大环内酯类较为常见13，在美国、加拿大、中国等国的污水处理厂中被广泛检出14，表明这些 ARGs可能存在于全球的污水处理系统中。在亚型方面，Wang 等15统计了全球有关污水处理厂 ARGs 的文献后发现，-内酰胺类 bla、磺胺类 sul、四环素类tet 和大环内酯类 erm 的报道较为广泛，可能与其高丰度有关。城市污水管道中的污水和管道壁的生物膜上丰度最高的 ARGs 是磺胺类抗性基因 sul1 和sul2，占 16SrRNA 基因拷贝数的约 1/1016，其他丰度较高的亚型还包括四环素类抗性基因 tetA 和tetG，万古霉素类抗性基因 vanA 和 vanX，-内酰胺类的 bla、amp，大环内酯类的 erm 以及 FCA 的 emr、qnr17（表 1）。有学者对中国 11 个污水处理厂中的296 个 ARGs 进行检测后发现，7 种 ARGs（包括氨基糖苷类抗性基因 aadA、aadA1 和 aadA2，内酰胺类抗性基因 blaVEM 和 blaOXA-10，大环内酯类抗性基因 ereA，多药类抗性基因 qacEdelta1）持久存在，第4期张冰等：城市污水处理厂抗生素抗性基因研究进展1385表 1 不同地区污水处理厂中不同种类 ARGs 在进水、出水、污泥中的丰度变化Table1VariationsofabundanceofdifferentkindsofARGsininfluent,effluentandsludgeinvariousWWTPs抗性基因种类所在地区抗性基因亚型名称进水中丰度/(拷贝/L)出水中丰度/(拷贝/L)污泥中丰度/(拷贝/g)去除效果(lgC)1）处理工艺-内酰胺类中国北京20bl2d_oxa10、bl3_imp等51种1.2510104.731071.4710102.42MBR工艺美国加利福尼亚州21blaM-12.231082.821061.9活性污泥法+氯消毒中国河北22blaPSE-11062.461041072.64A2/O工艺+氯消毒美国马萨诸塞州21blaTEM-uni1.411094.731080.47活性污泥法+氯消毒瑞典哥德堡20mecA5.011045.011031活性污泥法+生物滤池大环内酯类中国北京20ermF、Inua等46种1.1710101.891070.7510102.79MBR工艺中国华北23erm2种(7.012)107(1.20.9)1010活性污泥法+氯消毒中国河北23ermB31085.3010541082.77A2/O工艺+氯消毒以色列夏夫丹21ermB3.02101021053.0210734活性污泥法ermF6.0210103.02106210824四环素类中国北京20tetG、tetM等39种1.3910105.141072.510102.43MBR工艺中国华北22tet15种(8.42.4)107(1.31.6)1010活性污泥法+氯消毒中国香港21tetA1010.781011.2ND107.3334活性污泥法+氯消毒tetC1011.131011.3ND107.1245中国南京21tetA5.0110101.411091.55活性污泥法tetC8.1310101.381091.77中国河北23tetC81084.131062.23A2/O工艺+氯消毒美国威斯康星州21tetG109.41010.8107.2108.914活性污泥法+紫外/氯消毒tetQ1010.21012106.9109.216中国合肥24tetQ2.03101121071.1110104.01SBR工艺+氯消毒以色列夏夫丹21tetO21010ND1064.3活性污泥法美国密歇根州25tetO5.131099.121061.781092.75活性污泥法+氯消毒tetW5.131095.131065.621083中国合肥24tetO210910621093.3SBR+氯消毒tetW2109210621093磺胺类中国北京20dfrA1等7种2.81094.31072.510101.81MBR中国浙江26dfrA11.310721059.381051.9A2/OdfrA1381061.21055.931041.8中国华北22sul3种(6.77.2)108(2.22.8)1011活性污泥法+氯消毒美国密歇根州25sul11.821091.051071.001082.24活性污泥法+氯消毒美国密歇根州21sul1108.461010.54107.37109.7513活性污泥法/氧化沟/生物转盘/MBR+紫外/氯消毒中国合肥24sul13.8810101.51079.0610103.41SBR+氯消毒sul2310941061092.88以色列夏夫丹21sul11011107.78108.4834活性污泥法sul21011106.48107.8835中国河北22sul221085.5810610101.7A2/O+氯消毒氨基糖苷类中国北京20ant2ia、ant3ia等35种3.2610102.061084.3810102.2MBR氟喹诺酮-喹诺酮-氟苯尼考-氯霉素和安非霉素类中国北京20cml_e3、catb3等9种3.2610100.841071.6710103.59MBR中国浙江26floR1.21072.11051.591051.8A2/O中国华北22qnr3种(7.39.6)106(1.52.3)109活性污泥法+氯消毒多药类中国北京20qacEdelta1、qacH等51种1.3910101.51083.7510101.97MBR中国哈尔滨27mexF7.0910731061.37A/O万古霉素类比利时托里勒21vanANDND活性污泥法+膜滤中国哈尔滨27vanCO33.50105ND5.54A/OvanXD1.0810441030.431）C为丰度。注：ND表示未检出。1386环境工程技术学报第13卷它们分别占进水、污泥和出水中所检测基因总拷贝数的 54.1%、58.6%和 58.5%18。Su 等19采用宏基因组学分析了中国 17 个城市中污水处理厂 ARGs的分布，共检测出 381 种 ARGs 亚型，其中氨基糖苷类、四环素类和-内酰胺类共占 54.1%，亚型中sul1 和 tet40 最为常见。2.2典型 ARGs 的沿程变化整体上，ARGs 经过一系列污水处理单元后，其在出水中的丰度（约 1031010拷贝/L）低于进水丰度（1041012拷贝/L），去除率可达 89.0%99.8%20（表 1）。但由于 ARGs 的丰度和转移机制受 ARGs种类以及污水处理过程中多种因素的影响，不同ARGs 的丰度随污水处理过程的变化特征各异，且不同处理单元中的高丰度 ARGs 存在差异。具体地，磺胺类、四环素类 ARGs 在进水中丰度较高，多在1010拷贝/L 左右，且二者在生物处理单元大量扩增，最后随污泥沉降，在出水中丰度降低，去除率较高24；而氨基糖苷类、-内酰胺类等 ARGs 在前端处理阶段相对丰度较低，但在出水中被大量检出，数量级高达 108拷贝/L20（表 1）。部分磺胺类、-内酰胺类、FCA 类 ARGs 的去除没有明显规律，如 sul1、qnrD 和 blaTEM28在污水处理厂各个处理阶段的丰度几乎保持不变，与制药废水29、印染废水27处理工艺中被大量去除的结果不同，这可能是由于此类基因具有复杂的代谢通路，或参与共选择作用29（图 2）。除了上述按照相应抗生素种类与结构分类外，ARGs 还可分为胞内型 ARGs（iARGs）和胞外型ARGs（eARGs）。iARGs 多存在于污水处理厂等与人类活动相关的场所，而 eARGs 多分布于自然环境中30。通常，污水处理厂进水中 eARGs 的数量级（102拷贝/L）远低于 iARGs（108拷贝/L），甚至无法检出，但污水厂其余构筑物以及出水 eARGs 的绝对丰度和 iARGs 相近（105拷贝/L）23,31，主要原因是污水处理过程中正常细胞的分泌外排和衰老细胞的裂解释放使得 eARGs 含量逐渐升高，而 eARGs 又难以随生化处理被去除，因此出水中 eARGs 与 iARGs 数量级相近，污水处理厂可能是 ARGs 形态转化的重要场所。注：图中 ARGs 的个数对应大致丰度。图 2 污水处理厂中 ARGs 沿程变化模式Fig.2ConceptualmapofARGschangesalongtheprocessinaWWTP 3ARGs 在城市污水处理厂中的转移机制ARGs 的转移方式主要包括垂直转移（VGT）和水平转移（HGT）2 种（图 3）。VGT 指 ARGs 通过增殖从亲代到子代含量逐渐增多的转移过程32，当环境中无抗生素选择时该转移机制较为明显；HGT 则指 ARGs 在不同菌属、环境间的转移，能实现无性、远缘的基因传递。活性污泥系统中较高的微生物浓度和多样性能够促进细菌间 ARGs 的 HGT33-34，同时，进水中次抑制浓度的抗生素为活性污泥系统中ARGs 水平传播创造了有利条件35。因此，HGT 是活性污泥 ARGs 主要的转移方式36。例如，四环素类、-内酰胺类、氟喹诺酮类等 ARGs 可通过质粒进行 HGT37-38，大环内酯类和四环素类还能通过整合结合元件（ICEs）等可移动遗传元件（MGEs）进行HGT。不少研究表明 intI1 与磺胺类、氨基糖苷类、-内酰胺类、大环内酯类的部分亚型具有强相关性24，常作为 HGT 的指示性基因。研究发现临床intI1 基因序列和 intI1 相似，临床 intI1 与 ARGs 及人类病原体的丰度、去除效率的相关性更强20。后续可以深入研究临床 intI1，以进一步筛选和确定污水处理厂中的指示性 ARGs。iARGs 和 eARGs 具有不同的 HGT 途径：iARGs可通过细胞间的接合和转导进入新宿主细胞；而eARGs 则在原宿主细胞裂解后通过转化直接被新宿第4期张冰等：城市污水处理厂抗生素抗性基因研究进展1387主细胞吸收8图 3（b）。研究表明，自然环境中的各 HGT 途径中 iARGs 接合频率eARGs 转化频率iARGs 转导频率39。细菌受激后变成感受态是转化的关键，而多数抗生素40、非抗生素类药物41均能刺激细菌，提高细胞活性、细胞膜通透性，促进细菌转化42。噬菌体介导的 ARGs 转导过程是一种关键的 HGT 途径，在一些污水43和污泥44噬菌体的 基 因 组 中 也 检 测 出-内 酰 胺 类、磺 胺 类 等ARGs。有学者检测发现农村分散式污水处理设施中 ARGs 的丰度与多种噬菌体相关45。随着检测技术和研究方法的快速发展，基因转移剂（GTAs）逐渐受到关注。GTAs 是性能类似噬菌体的小型病毒样颗粒，能够随机选择宿主 DNA 片段并将其转移给受体细胞，其随机性为ARGs 的HGT 带来了较大风险46。4污水处理厂中影响 ARGs 赋存及水平转移的主要因素除微生物群落外，污水进水水质、抗生素等污染物、温度等环境因素以及停留时间等工艺条件同样会对 ARGs 的赋存及传播机制产生影响（图 4）。图 4 污水处理厂中 ARGs 的主要影响因素Fig.4MaininfluencingfactorsofARGsinWWTPs 4.1抗生素选择抗生素的使用对 ARGs 存在着一定的选择作用。例如有学者观察到进水中的 ARGs 在秋季和冬季具有较高浓度，与这 2 个季节的高抗生素处方量呈正相关关系20；磺胺嘧啶、磺胺甲噁唑的存在可提高 sul1、sul2、dfrA1 的丰度47；高浓度的四环素能增加 tetX 的含量48。但抗生素对 ARGs 的选择作用并非完全严格对应，某些抗生素对 ARGs 的选择作用具有交叉性8，如氯霉素类抗生素与氨基糖苷类ARGs 的共现49，加入氨苄青霉素（一种-内酰胺类抗生素）后多种非-内酰胺类 ARGs 共现，并为大肠杆菌的抗性作出贡献50。但也有学者观察到进水浓度较高的环丙沙星并未造成特定耐药基因的富集51，可能存在选择滞后性或与其他抗生素的共选择52。用多种抗生素药物筛选时，可以看到不同ARGs 的富集，且杀菌抗生素对 ARGs 的富集效果比抑菌抗生素更强53。此外，某些抗生素还会影响ARGs 的 HGT。例如，痕量四环素能增加污泥中tetA 和 tetG 等四环素类抗性基因含量以及 HGT 潜能，而高浓度四环素反而对 HGT 产生抑制作用54。4.2非抗生素选择重金属55、芳香化合物56、非抗生素药物57、纳米颗粒58等废水中常见或新兴的污染物质也会影响 ARGs 的赋存和转移特征。由于重金属不易被降解，会在环境中构成持续的选择压，可能对抗生素抗性具有更重要的选择性59。因此，重金属协同选择细菌抗生素抗性的课题一直备受关注。越来越多的研究证明，抗生素抗性水平随重金属污染水平的增加而增加。例如，Stepanauskas 等55在微宇宙试验中图 3 ARGs 的垂直和水平转移机理Fig.3MechanismofverticalandhorizontaltransferofARGs1388环境工程技术学报第13卷发现水中抗生素抗性检出频率随重金属暴露浓度的升高而升高；Komijani 等60研究重金属对湖泊中ARGs 分布特征的影响后指出，ARGs 的丰度与钒等重金属浓度的相关性强于抗生素，湖泊重金属污染增强了细菌对各种抗生素的耐药性。此外，重金属和抗生素的抗性基因与 MGEs 的共同关联有助于基因协同传播61，部分重金属抗性基因（HMRGs）与intI1 基因具有相关性62，会影响 ARGs 的 HGT。非抗生素类有机物广泛存在于农药、染料、药物的生产废水中，具有难降解、高毒性等特点。由于芳香化合物降解基因（ADGs）与多重耐药类、-内酰胺类等 ARGs 在细胞基因组中具有高共现性63，因此芳香族化合物可显著影响 ARGs 的种类与丰度56。此外，ARGs 的 HGT 也受有机物的影响。非抗生素药物卡马西平52以及氨基类芳香化合物（PAP）、硝基类芳香化合物（PNP）、苯酚(PhOH)61、印染染料56等有机物，能通过增加活性氧水平、增强细胞膜通透性、调控质粒复制等方式促进 HGT。纳米颗粒（NPs）与 ARGs 作用关系复杂，NPs 能促进 ARGs的接合、转导，造成富集与传播64，但也有研究表明银纳米颗粒等 NPs 能有效去除 ARGs65。此外，同为新兴污染物的微塑料能促进 ARB 增殖66，对ARGs 的富集和 HGT 具有促进作用67。由于能垒较低，微塑料对于 eARGs 的吸附作用强于 iARGs，对eARGs 的 HGT 的促进作用也更强，对 eARGs 的富集倍数高达 iARGs 的 13.1 倍68。也有研究表明，微塑料对二沉池出水中 ARGs 的富集能力显著高于进水与污泥中的 ARGs69。4.3环境因素及水质条件污水处理厂的运行受外界环境条件及进水水质的影响，如温度、生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（COD）、氨氮浓度等，这些因素同样影响 ARGs 的赋存及 HGT。学者观察到 ARGs 的丰度与温度存在显著相关性70-71，但温度如何影响 ARGs 丰度的变化尚未有明确结论。例如，有研究测得污水处理厂中温度与 bla、mcr 等 ARGs 丰度成反比72，与 ermB、sul2丰度成正比73。此外，ARGs 的转移特征同样受到温度的影响：夏季较高的温度可能有利于某些基因的VGT，冬季的低温可能对 HGT 更有利28。水质条件中氨氮和 COD 对 ARGs 影响较大。研究发现，blaPSE-1、tetC、ermB 等基因丰度与污水、污泥中氨氮浓度呈明显正相关23；较高的 COD 或能促进耐药菌的繁殖，通过提高转化几率来改变 ARGs 的丰度74。此外，Liu 等75研究发现将废水盐度增加到 1%时，ARGs 的总体丰度会大幅度降低，膜生物反应器（MBR）中 4%的盐度会使 sul2、tetG 等基因丰度降低 1/2。可能的原因是盐度降低了敏感菌落的丰度，使其携带的 ARGs 丰度也随之降低3。4.4操作参数及处理工艺污水处理系统的运行受人工调控，因此操作参数对 ARGs 的影响也是研究的重点。研究表明，增加混合液悬浮固体（MLSS）浓度、溶解氧（DO）浓度和污泥停留时间（SRT）可提升 ARGs 的去除率17，因此，具有较高 MLSS 浓度、较长 SRT 以及较低污泥负荷（F/M）的 MBR工艺对 ARGs 的去除效果优于氧化沟工艺26,66-67及其他传统生物处理工艺76。DO 浓度是 ARGs 的关键影响因素，但其影响机制仍需进一步探究。研究表明相比厌氧工艺，好氧工艺对 ARGs 的去除率高。但氧气也可能加剧 ARB 的繁殖，厌氧缺氧状态或能抑制 ARGs 的传播，如厌氧MBR 工艺展现出优越的 ARGs 去除性能77。厌氧与好氧综合运用方能提升 ARGs 的去除率。除了常规的生化处理外，为提升出水水质污水处理厂还设置了膜分离、消毒、高级氧化技术（AOPs）等三级处理工艺，这些工艺同样能够影响ARGs 的赋存和传播。如膜滤等物理手段能够大量去除 ARB 且抑制 ARG 的释放78，膜滤与混凝沉淀结合能够进一步提升处理出水 ARGs 去除效果79，电化学消毒、微生物燃料电池(MFCs)等技术能显著降低废水中的 ARGs 丰度53。氯消毒虽然能氧化除去部分 ARGs，但同时也会造成细胞裂解死亡释放ARGs，还可能促进 ARGs 宿主的繁殖80，对 ARGs的去除率影响不一81。有研究发现氯消毒后 tetG、sul1、intI1 基因失活、丰度下降82，也有研究表明tetW、tetO、sul1 等基因消毒后丰度不变25，而 Shi等83则发现氯消毒后 ampC、ermB 等亚型富集。紫外线(UV)消毒常和氯消毒配合使用，二者联用的效果比单独氯消毒效果要好84。AOPs 对 ARGs 的 去 除 有 一 定 效 果。其 中Fenton 技术能使 ARGs 绝对丰度下降 23 个数量级，远优于生物处理工艺85；UV-AOPs能够通过自由基去除细胞胞外聚合物，相比 UV 能极大程度降解ARGs86。对比 UV、臭氧、Fenton 和 Fenton/UV4 种AOPs 后发现，Fenton 和 Fenton/UV的效果最佳，能去除 tetQ 和 ermB 以及大部分 ARGs87。ARBs 的去除与 ARGs 的去除常存在矛盾88，需选择合适的AOPs 手段与使用条件，并进一步改进现有技术89。污水处理厂中 ARGs 分布和转移的主要影响因素见表 2。第4期张冰等：城市污水处理厂抗生素抗性基因研究进展1389 5结论与建议抗生素抗性问题被世界卫生组织列为全球健康最大威胁之一，新型冠状病毒感染疫情以来，对于废水中病原体及 ARGs 等生物类污染物质的监测与深度处理得到越来越高的重视。耐药微生物及ARGs 的广泛存在与转移传播对自然环境及人体健康安全造成了重大威胁。笔者综述了国内外城市污水处理厂中的常见 ARGs 的赋存与转移特征，得出主要结论：1）磺胺类、四环素类、大环内酯类抗生素广泛存在于全球城市污水处理厂中；2）城市污水处理厂对各类 ARGs 的去除率不一，其中四环素类、大环内酯类等 ARGs 去除率较高；氨基糖苷类、多药类的去除率较低；3）HGT 是活性污泥 ARGs 主要的转移方式，胞内和胞外 2 种 ARGs 具有不同的 HGT 途径；4）抗生素等污染物、环境因素与水质条件、操作参数与工艺因素通过改变微生物活性等方式对ARGs 的丰度和传播产生影响。立足于研究现状，对后续研究提出以下建议：1）进一步识别具有指示作用的 ARGs，从而降低监表 2 污水处理厂中 ARGs 分布和转移的主要影响因素Table2MaininfluencingfactorsofARGsdistributionandtransferinWWTPs影响因素对ARGs的影响文献来源抗生素磺胺类药物与sul1、四环素与tetX具有强相关性47-48选择作用具有交叉性，氯霉素与氨基糖苷类ARGs共现8,49氨苄青霉素造成大肠杆菌内多种非-内酰胺类ARGs共现50高浓度的环丙沙星未造成特定耐药基因的富集，或存在滞后性与共选择51-52杀菌抗生素对ARGs的富集效果比抑菌抗生素更强53不同浓度的四环素影响ARGs的HGT54重金属水中抗生素抗性检出频率随重金属暴露浓度的升高而升高55ARGs的丰度与钒等重金属浓度的相关性强于抗生素，湖泊重金属污染增强了细菌的耐药性60部分HMRGs与intI1基因具有相关性，影响ARGs的HGT62其他有机物甲苯、乙苯、PNP、PAP等芳香族化合物浓度影响ARGs63苯乙烯、孔雀绿染料等能提升RP4质粒的转移效率60卡马西平等有机物通过增加活性氧（ROS）等机制促进ARGs的HGT57纳米颗粒可能促进ARGs的富集传播，抑或去除ARGs64-65微塑料促进污水处理厂中ARGs的富集与传播66-67微塑料对eARGs的吸附作用及促进HGT作用强于iARGs68微塑料对二沉池出水ARGs的富集能力显著高于进水与污泥69环境因素及水质条件温度与污水处理厂ARGs丰度显著相关，其中与bla、mcr丰度成反比，与ermB、sul2丰度成正比70-73温度影响ARGs的转移，夏季有利于VGT，冬季有利于HGT28氨氮浓度与tetC、ermB等ARGs丰度呈正相关23高COD促进耐药菌繁殖，提高转化几率74盐度增加到1%以上会大大降低ARGs的总体丰度75操作参数及处理工艺ARGs丰度与HRT呈正相关，与MLSS浓度、DO浓度、SRT呈负相关18高MLSS浓度、长SRT、低污泥负荷可降低ARGs丰度和多样性26,66-67,76厌氧与好氧工艺对ARGs影响较大77膜滤、电化学消毒、微生物燃料电池能显著降低ARGs53,78-79氯消毒等后续处理对ARGs去除效果不一25,81-83氯及UV消毒会促进宿主繁殖，导致eARGs增多80UV与氯消毒联用比单独氯消毒工艺效果好84UV-AOPs自由基能够极大去除ARGs86AOPs中Fenton有关技术对ARGs去除效果优于生物处理及其他AOPs85,87需调节改进工艺以保证ARB与ARGs的去除效果88-891390环境工程技术学报第13卷测 ARGs 的成本，以普及 ARGs 的监测与控制；2）构建涵盖污水水质、环境因素、操作参数等影响因素与 ARGs（包括 iARGs 和 eARGs）丰度、种类及水平转移机制综合模型，定量分析各因素对 ARGs 的影响；3）加强对处理后丰度仍较高的 ARGs 的环境风险评价研究，制定与 ARGs 有关的排放标准与质量保证标准。参考文献陈宇,许亚南,庞燕.抗生素赋存、来源及风险评估研究进展J.环境工程技术学报，2021，11（3）：562-570.CHEN Y,XU Y N,PANG Y.Advances in research on theoccurrence,sourceandriskassessmentofantibioticsJ.JournalofEnvironmentalEngineeringTechnology，2021，11（3）：562-570.1申思奇.交互带抗生素抗性基因污染分布特征及演变过程模拟研究D.西安:长安大学,2021.2TAN L,WANG F,LIANG M M,et al.Antibiotic resistancegenesattenuatedwithsaltaccumulationinsalinesoilJ.JournalofHazardousMaterials，2019，374：35-42.3QINKN,WEILL,LIJJ,etal.AreviewofARGsinWWTPs:sources,stressorsandeliminationJ.ChineseChemicalLetters，2020，31（10）：2603-2613.4宋冉冉,国晓春,卢少勇,等.东洞庭湖表层水体中抗生素及抗性基因的赋存特征与源分析J.环境科学研究，2021，34（9）：2143-2153.SONGRR,GUOXC,LUSY,etal.OccurrenceandsourceanalysisofantibioticsandantibioticresistancegenesinsurfacewaterofEastDongtingLakeBasinJ.ResearchofEnvironmentalSciences，2021，34（9）：2143-2153.5ZHANG A N,HOU C J,NEGI M,et al.Online searchingplatformfortheantibioticresistomeinbacterialtreeoflifeandglobalhabitatsJ.FEMSMicrobiologyEcology，2020，96（7）：fiaa107.6王敏妍,李亚丽,邹世春,等.水环境中胞内外抗生素抗性基因分析的DNA提取方法及污染现状研究进展J.分析测试学报，2021，40（6）：869-875.WANGMY,LIYL,ZOUSC,etal.DNAextractionmethodsforintracellularandextracellularantibioticresistancegenesandtheir pollution status in aquatic environmentJ.Journal ofInstrumentalAnalysis，2021，40（6）：869-875.7耿嘉璐.抗性基因和药物的多介质环境分布特征与生态风险评价D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2020.8ZHANGDW,PENGY,CHANCL,etal.Metagenomicsurveyrevealsmorediverseandabundantantibioticresistancegenesinmunicipal wastewater than hospital wastewaterJ.Frontiers inMicrobiology，2021，12：712843.9JUF,LIB,MALP,etal.Antibioticresistancegenesandhumanbacterialpathogens:co-occurrence,removal,andenrichmentinmunicipalsewa