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聚苯乙烯微(纳)塑料对抗生素抗性基因转移的影响及其机制

收稿日期:2024-12-09 修回日期:2024-12-27 接受日期:2024-12-31

DOI:10.20078/j.eep.20250107

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    摘要:细菌抗生素抗性基因(ARGs)与微/纳米塑料(MPs/NPs)作为新兴污染物,其复合污染逐渐成为环境领域研究的前沿热点。MPs/NPs被认为是ARGs在环境介质中增殖与传播的关键影响因素之一,但其对ARGs水平转移(尤其是转化)的影响机制研... 展开+
    摘要:

    细菌抗生素抗性基因(ARGs)与微/纳米塑料(MPs/NPs)作为新兴污染物,其复合污染逐渐成为环境领域研究的前沿热点。MPs/NPs被认为是ARGs在环境介质中增殖与传播的关键影响因素之一,但其对ARGs水平转移(尤其是转化)的影响机制研究仍较为有限。本研究通过构建耐药质粒pUC19转化体系,揭示不同浓度和尺寸聚苯乙烯(PS)MPs/NPs胁迫下大肠杆菌(E.coli)中ARGs的水平转移规律。结果表明,5mg/L100μm、50mg/L100μm、5mg/L100nm和50mg/L100nmPS暴露后,大肠杆菌的生长抑制率分别达到15.13%、18.59%、26.97%和35.84%(p<0.01),说明PS对大肠杆菌生长抑制作用与浓度成正比,与尺寸成反比。此外,PSMPs(浓度≤5mg/L)和PSNPs(浓度≤50mg/L)冲击会显著促进ARGs的转化过程,且具有浓度依赖性。在同种浓度下,ARGs转化频率随着PS冲击尺寸的增大而减小。其中,100nmPS(50mg/L)对ARGs转化频率的影响最大(增加79.34%)。然而,经过1mmPS(50mg/L)冲击后,ARGs转化频率降低了21.80%,说明高浓度1mmPS冲击抑制了ARGs的转化过程。此外,通过活/死细胞检测分析发现,大肠杆菌细胞膜通透性随着PS浓度的增加持续显著增加(较对照组增加了56.66%~69.47%)。在同浓度条件下,PS尺寸越小细胞膜通透性越高。与PSMPs相似,PSNPs使细胞膜通透性增加了41.99%~46.62%。这说明高浓度PSNPs冲击会通过增强E.coli细胞膜通透性促进ARGs的转化。研究结果阐明了MPs/NPs对ARGs转化的影响机制,为处理ARGs和MPs/NPs复合污染高效控制策略提供了理论依据和技术指导。

    收起-

    作者:

    • 唐振平1,2
    • 龚子璇1
    • 刘博阳3
    • 宋建1
    • 周帅1,2,3,*

    作者简介

    第一作者:唐振平(1962—),男,湖南资兴人,研究员,主要研究方向为矿山环境监测、评价及治理,新污染物处理理论与技术。E-mail:zptang01@126.com
    通讯作者:周帅(1987—),男,湖南衡阳人,副教授,主要研究方向为新污染物处理理论与技术。E-mail:zs402606665@126.com

    单位

    • 1. 南华大学 稀有金属矿产开发与废物地质处置技术湖南省重点实验室,湖南 衡阳 421001
    • 2. 南华大学 污染控制与资源化技术湖南省高校重点实验室,湖南 衡阳 421001
    • 3. 南华大学 土木工程学院,湖南 衡阳 421001

    关键字

    • 抗生素抗性基因
    • 微塑料
    • 纳米塑料
    • 水平基因转移
    • 细胞膜通透性
    • 大肠杆菌

    基金项目

    湖南省自然科学基金资助项目(2024JJ5329);南华大学研究生科研创新资助项目(233YXC004)

    引用格式

    唐振平, 龚子璇, 刘博阳, 等. 聚苯乙烯微(纳)塑料对抗生素抗性基因转移的影响及其机制[J]. 能源环境保护, 2025, 39(1): 165−172.

    TANG Zhenping, GONG Zixuan , LIU Boyang , et al. Influence and Mechanisms of Polystyrene Micro/Nanoplastics on the Transfer of Antibiotic Resistance Genes[J]. Energy Environmental Protection, 2025, 39(1): 165−172.

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