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第一作者:胡启星、程龙
通讯作者:胡智泉
通讯单位:华中科技大学
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142320
图文摘要
成果简介
引言
图文导读
ARGs/MGEs丰度变化
ARGs/MGEs迁移模式变化及其富集
图3 (a)ARGs的PCoA分析图;不同运行模式下ARGs的富集FC热图:(b)APM;(c)AMM;(d)AFM
ARGs/MGEs之间的差异菌群和共生模式
利用高通量测序技术研究了不同进水运行模式下细菌群落的迁移模式以进一步对ARGs和MGEs潜在宿主进行鉴定。基于Bray-Curtis距离的NMDS分析揭示了不同进水运行模式下细菌群落组成的显著变化(图4a),在不同的进水运行模式下,接种污泥样品和三个反应器运行结束样品之间存在明显的差异。需要说明的是,APM和AMM反应器在约40天左右实现颗粒化,而AFM反应器自始至终未形成AGS,AFM反应器中第45天以后的样品与成功颗粒化的APM和AMM反应器中的样品分开聚集,这表明微生物群落组成与颗粒化过程之间有很强的相关性。单因素ADONIS检验表明三种进水运行模式下微生物群落组成之间具有显著性差异(Bray-Curtis,P<0.05)。除此之外,基于Bray-Curtis距离的Mantel检验也揭示了ARGs与细菌群落组成之间的相关性,AMM反应器(r=0.4196,p=0.0479)与AFM反应器(r=0.3998,p=0.0488)中具有显著相关性,而APM反应器(r=0.3345,p=0.1174)无显著相关性。本研究表明ARGs模式变化除了主要由细菌群落演变相关外,还和ARGs的相对丰度变化有关。
为了进一步确定不同进水运行模式导致的细菌群落差异的特异性细菌,对三个反应器中的所有污泥样品的微生物群落结构进行LEfSe分析,如图4b所示,共有53种细菌具有显著性差异并被富集(α < 0.05,LDA得分> 2.0)。细菌富集的差异表明进水运行模式对细菌群落结构的直接影响,进一步证实了它们在AGS形成和污染物去除中的关键作用。因此有理由推测这些差异微生物可能会影响ARGs和MGEs的出现和传播模式。
图4 不同运行模式下(a)基于Bray-Curtis距离的细菌群落的非度量多维尺度(NMDS)分析;(b)微生物群落结构的LEfSe分析,图中蓝色、绿色和红色对应的菌分别表示APM、AMM和AFM反应器中富集的差异细菌
图5 (a)APM、(b)AMM和(c)AFM反应器中ARGs/MGEs与差异细菌的网络分析及ARGs/MGEs之间的共选择关系,实线和虚线分别代表正相关和负相关,属于APM、AMM和AFM反应器的差异细菌分别用红色、绿色和蓝色表示
图6 差异细菌与ARGs/MGEs的Mantel检验分析,利用spearman相关性构建ARGs/MGEs热图,(a)APM、(b)AMM和(c)AFM
ARGs的潜在宿主以及细菌群落、环境因子和ARGs之间的相关性
图7 (a)APM、(b)AMM和(c)AFM运行模式下微生物群落结构(科水平)和ARGs/MGEs之间的网络相关性分析,细菌和功能基因之间红色和蓝色的连接线分别代表正相关和负相关关系;(d)APM、(e)AMM和(f)AFM运行模式下ARGs、细菌群落和环境因子之间的相互作用的RDA分析
ARGs的水平转移
ARGs的传播规律及应用启示
小结
主要作者介绍
胡智泉:华中科技大学环境科学与工程学院教授,博士生导师。湖北省生态环境应急专家、中国环境科学学会水环境分会委员、巴塞尔公约亚太区域中心化学品和废物环境管理智库专家。目前主要从事环境生物技术、固体废物资源化、生态能源研究。承担国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、863课题、国家水专项专题、教育部留学回国人员科研启动基金、湖北省自然科学基金、武汉市国际合作计划等国家和省部级科研项目20多项,其它校企联合项目30余项。主编教材及专著各一部,在国内外发表论文一百余篇,其中第一作者/通讯作者SCI收录50余篇。获湖北省科技进步二等奖和湖北省自然科学三等奖各1项,获批专利10余件。
胡启星:华中科技大学环境科学与工程学院博士研究生。研究方向为城市污水处理及蓝藻热化学转化。参与国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等项目,以第一/共同第一作者发表SCI论文3篇,授权发明专利1项。
程龙:华中科技大学环境科学与工程学院博士研究生。研究方向为好氧颗粒污泥污水处理技术。参与国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等项目,以第一/共同第一作者发表SCI论文7篇,授权发明专利5项。
来源:华科大胡智泉团队
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编辑 | 杜瑛、汤皓婷
校对 | 刘喆、刘文如、韩昫身
校核 | 刘喆、刘文如、韩昫身