喜报 JHM| 祝贺郑州大学吉建涛课题组与郑州轻工业大学金宝丹课题组联合培养硕士生白芷瑄的论文在 Journal of Hazardous Materials 发表!

近日，郑州大学低碳水污染控制与监测新技术团队吉建涛课题组与郑州轻工业大学金宝丹课题组联合培养硕士生白芷瑄的论文在 Journal of Hazardous Materials 上发表，该研究针对抗生素影响内源短程反硝化（EPD）系统的机制尚不明确，探究了三种抗生素胁迫下EPD系统中抗生素类型与污染物去除之间的关系，以及相关的微生物代谢机制。结果表明：投加了磺胺嘧啶（SD）和磺胺甲恶唑（SMZ）的系统COD去除效率高于投加了四环素（TC）的系统。在SD系统中，NO3--N去除率为84.13%，而其他系统高达97%。变形菌门（Proteobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi）对抗生素表现出较强的适应性。TC系统中mdh基因丰度降低，抑制了三羧酸循环和有机物降解。SD诱导微生物将外碳源转化为聚羟基丁酸酯（PHB）而非直接利用，SMZ通过上调nirS和nirK基因丰度优化了氮代谢，从而在这两个EPD系统中实现了更高的NO2--N积累。SD胁迫降低了ppk2/ppx基因丰度，抑制了厌氧阶段反硝化聚磷菌的能量产生和胞内碳储备。尽管微生物通过上调ppk1基因丰度表现出更强的磷吸收潜力，但由于缺乏驱动该过程所需的ATP，最终导致PO43--P去除能力下降。在SD系统中抗性基因丰度最高，这显著增加了抗生素抗性风险。本研究解析了EPD系统对三种抗生素的代谢响应机制，为其在抗生素波动环境中的应用提供了科学依据。

Fig. 1. Performance dynamics of the EPD system under antibiotic stress. (a) NO₃⁻-N, (b) NO₂⁻-N, and (c) PO₄³⁻-P. Data points represent daily averages (n = 3 technical replicates from a single reactor sample) and error bars represent standard deviations. (d) The effluent NO₃⁻-N, NO₂⁻-N, and PO₄³⁻-P concentrations in each system; (e) NRE, NTR, PRE in each system.

Fig.2. The effect of antibiotics on microbial community analysis (a) at the phylum level; (b)at the genus level.

Fig.3. Analysis of the functional contributions of species to nitrogen metabolism, carbon metabolism, and phosphorus metabolism: (a) Control system, (b) SD system, (c) SMZ system, (d) TC system. The Y-axis represents the proportional contribution of each genus to the total abundance of a specific functional gene.

Fig.4. The major functional genes of the metabolic pathways: (a) TCA cycle, (b) Endogenous carbon source metabolism, (c) Nitrogen metabolism, (d) Oxidative phosphorylation,(e) electron donor.

• 投加了SD与SMZ的系统去除COD效果更优，投加TC的系统会抑制TCA循环及有机物降解；

• SD诱导碳源转向PHB储存，SMZ上调nirS/nirK基因丰度促进亚硝酸盐积累；

• SD上调ppk1基因丰度但抑制ppk2/ppx基因丰度，导致磷代谢失衡；

• SD系统抗性基因丰度最高，环境传播风险大。

（1）SD系统NO3--N去除率为84.13%，其他系统均高于97%，但SD通过较高丰度的narG基因维持了稳定的NO2--N积累；

（2）TC抑制TCA循环关键基因mdh，降低有机物降解效率；SMZ上调nirS/nirK基因，优化氮代谢，促进NO2--N积累；

（3）SD上调ppk1但抑制ppk2/ppx，导致磷代谢失衡；

（4）SD系统抗生素抗性基因及可移动遗传元件丰度最高，显著增加抗生素抗性传播的生态与健康风险。

白芷瑄（第二作者）郑州大学生态与环境学院2023级硕士研究生，研究方向为污水低碳高效生物脱氮除磷新工艺研究，在 Water Research、 Bioresource Technology、Journal of Hazardous Materials 等中科院一区发表SCI论文7篇，以一作（含导师一作本人二作）在中国环境科学、Journal of Hazardous Materials 发表论文2篇，连续两年获得硕士一等学业奖学金。