摘要
近年来，抗生素的滥用加速了水环境中抗生素抗性细菌（ARB）以及抗性基因（ARGs）的传播。饮用水处理工艺是人类抵御自然水环境安全风险的一道重要的屏障，但有研究表明该过程会提高细菌的抗生素抗性。与此同时，根据水中细菌与颗粒物的关系，可以将细菌分为颗粒附着细菌（PAB）以及自由悬浮细菌(FLB)，有研究证明PAB与FLB群落结构以及ARGs携带情况存在一定差异，但饮用水处理过程对PAB与FLB抗生素抗性的影响的研究较少。本论文以南京市某自来水厂为研究对象，采用基于高通量测序技术的宏基因组学分析方法，结合抗生素敏感性分析，研究饮用水处理过程中 PAB 与 FLB 抗性表型和基因型的变化规律，探究PAB与FLB群落对饮用水处理的响应特征及其与抗生素抗性的内在联系，为抗生素抗性和潜在致病菌风险的有效防控以及水处理工艺参数的优化提供一定的理论支撑，具有重要的环境意义。主要研究结果如下： （1）饮用水处理过程中颗粒相关细菌抗生素抗性表型变化规律 采用麦康凯培养基筛选源水、沉淀出水、砂滤出水、氯化消毒出水以及自来水中的PAB和FLB菌株并进行抗生素敏感性分析与菌株分子分类学鉴定。结果显示所有样品均含有ARB。氯化消毒过程显著提高了PAB中ARB与多重ARB的比例（p ＜ 0.05），而管网运输后，PAB 与 FLB 中 ARB 丰度均显著降低。群落组成方面，假单胞菌是饮用水样品中的典型ARB，氯化消毒后，PAB与FLB中假单胞菌属比例分别显著升高至 81.67%、76.67%，成为主导菌属。与此同时，氯化消毒可以显著降低 PAB 与 FLB 中假单胞菌的综合耐药水平，但管网运输可导致 PAB 中假单胞菌的综合多重耐药指数显著升高至0.243，而FLB中下降至0.125，表明自来水PAB中假单胞菌的综合耐药水平显著高于FLB。 （2）饮用水处理过程中颗粒相关细菌抗生素抗性基因组变化规律 采用分级过滤器连续采集饮用水各工段出水中的PAB与FLB，分别提取样品总 DNA，采用基于高通量测序技术的宏基因组学分析方法探究饮用水处理过程PAB与FLB抗生素抗性基因组变化规律。在所有饮用水样品中发现17类共183种ARGs 亚型，其中多重耐药类、杆菌肽类以及氨基糖苷类 ARGs 是在 PAB与 FLB样品中占有主导地位，占总相对丰度的64.85-85.04%。氯化消毒后，FLB中ARGs相对丰度较高（5.53 copies/cell），管道运输后，PAB 中 ARGs 相对丰度较高（0.36 copies/cell）。砂滤显著提高了 PAB 中绝大多数 ARGs 的相对丰度与多样性（p ＜0.05），而对FLB影响较小；氯化消毒导致PAB中ARGs总相对丰度显著降低，但多样性显著升高（p ＜ 0.05），而 FLB 中 ARGs 相对丰度与多样性均显著升高（p ＜ 0.05）。管网运输后，PAB和 FLB 中 ARGs 相对丰度与多样性均显著降低（p＜ 0.05），但仍存在大量 ARGs。与此同时，研究也发现氯化消毒显著提高了 PAB 中质粒的相对丰度，但显著降低了插入序列和整合子的相对丰度与多样性，而FLB中MGEs多样性与丰度均显著提高（p ＜ 0.05）。除此之外，氯化消毒后，PAB 中 VFGs 相对丰度显著提高，但多样性显著下降，而 FLB 中 VFGs 多样性与相对丰度均显著上升（p＜ 0.05）。 （3）颗粒相关细菌群落对饮用水处理的响应特征及其与抗生素抗性间的内在联系 采用基于高通量测序技术的宏基因组学分析方法研究饮用水处理及管道运输过程中颗粒相关细菌群落结构的变化规律。门水平上，变形菌门在PAB与FLB中均占有主导地位（50.64-92.87%）。属水平上，PAB 中分枝杆菌属在氯化消毒出水中占有主导地位（34.24%），而FLB中的假单胞菌属（45.69%）、鞘脂菌属（8.27%）为优势菌属。管网运输后，不动杆菌（20.36%）成为PAB中的主导菌属，同时FLB中Sediminibacterium、Methyloversatilis属丰度显著提高。研究发现砂滤和氯化消毒可以显著降低 PAB 群落的多样性（p ＜ 0.05）,但砂滤对于 FLB 影响较小；管网运输显著性提高了 PAB 与 FLB 群落多样性（p ＜ 0.05）。与此同时，在 PAB 与 FLB 样品中共发现 53种潜在致病菌，氯化消毒后 PAB与 FLB中致病菌的丰度发生显著提高，分别占细菌总丰度的51.96%、75.05%。管网运输后PAB中致病菌种类下降至 18 种，但丰度显著提高至 61.15%，而 FLB 中致病菌丰度仅为 0.47%。此外， PAB样品中不动杆菌属、假单胞菌属、鞘脂菌属和鞘氨醇单胞菌属等以及FLB样品中不动杆菌属、嗜氢菌属、假单胞菌属、鞘脂菌属以及鞘氨醇单胞菌属等与多种ARGs（多重耐药类、氨基糖苷类等）、MGEs（质粒、整合子等）以及VFGs（Cell Wall、Stress protein 等）存在显著相关性（p ＜ 0.01），表明这些细菌最有可能是 ARGs、MGEs以及VFGs的携带者。
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