一种抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法

技术领域

本申请涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法。

背景技术

长期以来，由于能够抑制或杀死细菌，抗生素被广泛用于治疗人类和动物的细菌性疾病。然而，抗生素和抗生素抗性基因(ARGs)具有高流动性和生物毒性，抗生素的过度使用和不当处置使得在多种水体中检测到抗生素和抗生素抗性基因；其中，制药废水是抗生素和抗生素抗性基因的重要聚集库，对其进行控制和管理刻不容缓。

目前关于废水中抗生素的处理主要包括吸附法、高级氧化法和生物法。其中，吸附法采用多孔材料作为吸附剂，通过多孔材料吸附抗生素实现废水处理；但是，吸附过程中，吸附剂容易饱和，而且，吸附剂不仅会吸附抗生素，还会吸附废水中其他物质，因此需要大量的吸附剂，同时，吸附剂的再生也是一个限制其应用的难题。高级氧化法主要包括芬顿法及改性芬顿法，活化过硫酸盐、光电催化等，药剂、能耗和设备成本较高，且会产生后续污染问题。生物法通过厌氧消化进行污染物处理，该厌氧消化是一种污水处理的可持续发展技术，具有污泥产量低、能耗低和沼气产量高等优点，在污水处理厂中占有重要地位。

然而，多种研究表明，废水中的抗生素本身具有抑菌杀菌的作用，会严重影响厌氧系统中微生物的正常生长和代谢。在抗生素胁迫的环境中，厌氧消化是否可以有效去除抗生素抗性基因尚未可知。

发明内容

多种研究表明，在通过生物法对含有抗生素和抗生素抗性基因的体系进行厌氧消化处理时，抗生素的含量增减和抗生素抗性基因的丰度增减二者并没有线性关系；也就是说，当体系中抗生素的含量降低时，并不意味着抗性基因的丰度会降低。

而申请人研究发现，在采用活性污泥对抗生素污水进行厌氧消化的体系中，添加单一的生物炭进行孵育的一些研究中，能有效降低抗生素的含量，但是抗生素抗性基因的丰度反而会升高；而添加纳米铁基生物炭进行孵育的一些研究中，不仅能有效降低抗生素的含量，同时还能够有效降低抗生素抗性基因的丰度。

基于此，本申请的目的在于提供一种抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法，将纳米铁基生物炭应用于抗生素抗性基因的消除，在抗生素胁迫的厌氧消化系统中，能有效降低抗生素抗性基因的丰度，兼具去除抗生素和去除抗生素抗性基因的双重功效。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法，包括：在采用活性污泥对抗生素污水进行厌氧消化的体系中，添加纳米铁基生物炭降低抗生素抗性基因的丰度。

本申请实施例提供的抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法，至少具备以下有益效果：

1、能有效降低抗生素的含量，同时还能够有效降低抗生素抗性基因的丰度，兼具去除抗生素和去除抗生素抗性基因的双重功效。

2、采用厌氧消化的生物法，和吸附法、高级氧化法相比，无需对废水预处理，操作简单、耐毒性、占地面积小、经济高效。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭中，铁含量为10wt％～70wt％；可选的，纳米铁基生物炭中，铁含量为16wt％～66wt％；可选的，纳米铁基生物炭中，铁含量为33wt％～66wt％。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭中的生物炭由废茶叶热解得到；可选的，热解温度为500℃～600℃，热解时间为3h～4h。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭通过液相还原法制得；可选的，纳米铁基生物炭的制备过程包括：将硼氢化钠溶解于水中，获得第一溶液；将硫酸亚铁溶解在乙醇和去离子水溶液中，再加入生物炭,搅拌后超声，得到第二溶液；在无氧环境下，将第一溶液滴加到第二溶液中，边滴加边搅拌，反应后得到第三溶液；将第三溶液经过沉淀、静置和过滤后得到黑色固体颗粒，将黑色固体颗粒烘干冷却得到纳米铁基生物炭。

在一些实施方案中，抗生素包括氟喹诺酮类抗生素；可选的，氟喹诺酮类抗生素包括环丙沙星、诺氟沙星、左氧氟沙星、氧氟沙星、莫西沙星和洛美沙星中的至少一种。

在一些实施方案中，抗生素抗性基因包括mtrA、novA、baeS、arlR、lmrD、vanRI、carA、lfrA、Staphylococcus aureus norA、QnrB57和QnrVC1中的至少一种。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭的添加量为X1，抗生素污水的体积为X2，其中，6g/L≤X1/X2≤7g/L。

在一些实施方案中，抗生素污水的体积为X2，活性污泥的体积为X3，2≤X2/X3≤4。

在一些实施方案中，进行厌氧消化前，在抗生素污水中，抗生素的浓度为1mg/L～15mg/L；可选的，进行厌氧消化前，在抗生素污水中，抗生素的浓度为9mg/L～11mg/L。

在一些实施方案中，添加纳米铁基生物炭之后，将待处理体系在36℃～38℃的温度条件下进行孵育；可选的，厌氧消化过程中，以100rpm～200rpm的转速孵育。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例、对比例和空白组中所有抗生素抗性基因丰度的柱状统计图；

图2为实施例、对比例和空白组中不同种类抗生素抗性基因丰度的柱状统计图；

图3为实施例、对比例和空白组中抗性机理基因丰度的柱状统计图；

图4为实施例、对比例和空白组中活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)检测结果的柱状统计图；

图5为实施例、对比例和空白组中SOS响应基因丰度的柱状统计图；

图6为实施例、对比例和空白组中乳酸脱氢酶(LDH)相关基因丰度的柱状统计图；

图7为实施例、对比例和空白组中IV型分泌系统基因丰度的柱状统计图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

需要说明的是，本申请中的“和/或”，如“特征1和/或特征2”，均是指可以单独地为“特征1”、单独地为“特征2”、“特征1”加“特征2”，该三种情况。

另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“一种或多种”中的“多种”的含义是指两种及两种以上；“数值a～数值b”的范围包括两端值“a”和“b”，“数值a～数值b+计量单位”中的“计量单位”代表“数值a”和“数值b”二者的“计量单位”。

下面对本申请实施例的技术方案进行示例性的说明。

本申请实施例提供一种抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法，包括：在采用活性污泥对抗生素污水进行厌氧消化的体系中，添加纳米铁基生物炭降低抗生素抗性基因的丰度。

本申请实施例提供的抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法，具有以下工作机理：

1、纳米铁基生物炭中的生物炭含有-OH、-COO

2、纳米铁基生物炭能够富集与抗生素生物降解相关的功能微生物，铁元素可以作为微生物生长代谢不可或缺的微量元素，参与多种功能酶的合成过程，活化多种氧化还原反应酶。功能微生物的增加有助于抗生素的生物降解，进一步降低抗生素对厌氧系统的毒性。

3、与单一的生物炭相比，纳米铁基生物炭能够减少抗生素抗性基因的直接选择性压力源，并在源头控制抗生素抗性基因的生成；具体的，纳米铁基生物炭可减轻微生物受到的活性氧压力，避免细胞内发生严重的SOS反应；纳米铁基生物炭减少了微生物的DNA损伤及错误修复，从而避免抗生素抗性基因的形成，降低厌氧系统中抗生素抗性基因的丰度。

4、纳米铁基生物炭可以下调厌氧系统中编码乳酸脱氢酶(LDH)相关的基因丰度，以及下调与IV型分泌系统相关的基因丰度，减少抗生素抗性基因的扩散和传播。

5、特定地选择复合有纳米铁基的生物炭，其中，纳米铁基至少具有以下作用：

(a)纳米零价铁能够与抗生素抗性基因潜在宿主菌上的功能蛋白结合，破坏细胞结构和功能的完整性，阻碍细胞生长和繁殖，削弱宿主细菌因繁殖扩增导致的抗生素抗性基因形成和传播。

(b)铁可以作为微生物生长代谢不可或缺的微量元素，参与多种功能酶的合成过程，并且是多种氧化还原反应酶的活化剂。

(c)铁离子有助于微生物聚集体的形成和维持，使生物系统保持稳定。

(d)铁离子可以与S

本申请实施例提供的抗生素胁迫下厌氧消化去除抗生素抗性基因的方法，至少具备以下有益效果：

1、能有效降低抗生素的含量，同时还能够有效降低抗生素抗性基因的丰度，兼具去除抗生素和去除抗生素抗性基因的双重功效。

2、采用厌氧消化的生物法，和吸附法、高级氧化法相比，无需对废水预处理，操作简单、耐毒性、占地面积小、经济高效。

需要说明的是，本申请实施例提供的方法，能够应用于常见的抗生素的污水处理，因此，在本申请的实施例中，除了特别说明的情况以外，抗生素的种类不限。

在一些实施方案中，抗生素包括氟喹诺酮类抗生素。

其中，氟喹诺酮类抗生素的种类不限，可选的，氟喹诺酮类抗生素包括环丙沙星、诺氟沙星、左氧氟沙星、氧氟沙星、莫西沙星和洛美沙星中的至少一种。

作为示例，氟喹诺酮类抗生素为环丙沙星。

研究发现，以抗生素为环丙沙星等氟喹诺酮类抗生素为例，在采用本申请提供的方法去除抗生素污水中的抗生素抗性基因时，对mtrA、novA、baeS、arlR、lmrD、vanRI、carA、lfrA、Staphylococcus aureus norA、QnrB57和QnrVC1等抗生素抗性基因均有较好的去除效果，上述各抗生素抗性基因的丰度均显著降低。

基于此，在一些实施方案中，抗生素抗性基因包括mtrA、novA、baeS、arlR、lmrD、vanRI、carA、lfrA、Staphylococcus aureus norA、QnrB57和QnrVC1中的至少一种。

研究发现，在纳米铁基生物炭中，纳米铁基的含量对降低抗生素抗性基因的丰度有明显的影响，基于此，以下针对纳米铁基生物炭中纳米铁基的含量提出一些示例性的实施方案，以使得本申请提供的方法能够更有效地降低抗生素抗性基因的丰度。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭中，铁含量为10wt％～70wt％。

可选的，纳米铁基生物炭中，铁含量为16wt％～66wt％。

进一步可选的，纳米铁基生物炭中，铁含量为33wt％～66wt％。

作为示例，纳米铁基生物炭中，铁含量例如但不限于为10wt％、15wt％、16wt％、20wt％、25wt％、30wt％、33wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、66wt％、70wt％中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

研究发现，生物炭的种类、热解温度等条件的不同，会导致对抗生素抗性基因的形成和传播的影响不同，基于此，以下针对生物炭的选择和制备提出一些示例性的实施方案，以使得本申请提供的方法能够更有效地降低抗生素抗性基因的丰度。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭中的生物炭由废茶叶热解得到。

茶饮作为一种广受欢迎的饮料，全世界每天约有200亿杯茶被饮用；据统计，饮用后每年将产生约500万片废茶叶。上述实施方案中，以废茶叶作为生物炭的原料，还具有资源丰富、成本低、环境友好、废物资源化等优点。

在一些实施方案中，热解温度为500℃～600℃，热解时间为3h～4h。

作为示例，热解温度例如但不限于为500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

作为示例，热解时间例如但不限于为3h、3.5h、4h中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

需要说明的是，在本申请的实施例中，除了特别说明的情况以外，纳米铁基生物炭的制备不限。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭通过液相还原法制得。

可选的，纳米铁基生物炭的制备过程包括：将硼氢化钠溶解于水中，获得第一溶液；将硫酸亚铁溶解在乙醇和去离子水溶液中，再加入生物炭,搅拌后超声，得到第二溶液；在无氧环境下(例如氮气氛围下)，将第一溶液滴加到第二溶液中，边滴加边搅拌，反应后得到第三溶液；将第三溶液经过沉淀、静置和过滤后得到黑色固体颗粒，将黑色固体颗粒烘干冷却得到纳米铁基生物炭。

研究发现，本申请实施例提供的方法，在例如环丙沙星等氟喹诺酮类抗生素浓度较高的废水中能够发挥较好的作用，因此，能够较好地应用于抗生素浓度高的制药废水中。

作为示例，抗生素污水为含环丙沙星的制药废水。

在一些实施方案中，进行厌氧消化前，在抗生素污水中，抗生素的浓度为1mg/L～15mg/L；可选的，进行厌氧消化前，在抗生素污水中，抗生素的浓度为9mg/L～11mg/L。

作为示例，进行厌氧消化前，在抗生素污水中，抗生素的浓度例如但不限于为1mg/L、2mg/L、3mg/L、4mg/L、5mg/L、6mg/L、7mg/L、8mg/L、9mg/L、9.5mg/L、10mg/L、10.5mg/L、11mg/L、12mg/L、13mg/L、14mg/L、15mg/L中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

考虑到在处理体系中，纳米铁基生物炭的添加量、抗生素污水和活性污泥的比例等对处理效果均有不同程度的影响，将各条件控制在合适的范围内，有利于更好地降低抗生素抗性基因的丰度，以下将对此做出一些示例。

在一些实施方案中，纳米铁基生物炭的添加量为X1，抗生素污水的体积为X2，其中，6g/L≤X1/X2≤7g/L。

作为示例，X1/X2的取值例如但不限于为6g/L、6.2g/L、6.4g/L、6.6g/L、6.8g/L、7g/L中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

在一些实施方案中，抗生素污水的体积为X2，活性污泥的体积为X3，2≤X2/X3≤4。

作为示例，X2/X3的取值例如但不限于为2、2.5、3、3.5和4中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

另外，考虑到孵育温度等条件对处理效果也有不同程度的影响，将各条件控制在合适的范围内，有利于更好地降低抗生素抗性基因的丰度，以下将对此做出一些示例。

在一些实施方案中，添加纳米铁基生物炭之后，将待处理体系在36℃～38℃的温度条件下进行孵育。

作为示例，该温度条件例如但不限于为36℃、36.5℃、37℃、37.5℃和38℃中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

在一些实施方案中，厌氧消化过程中，以100rpm～200rpm的转速孵育。

作为示例，该孵育转速例如但不限于为100rpm、110rpm、120rpm、130rpm、140rpm、150rpm、160rpm、170rpm、180rpm、190rpm、200rpm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。

关于其他实验条件，在一些实施例中，厌氧污泥在实验室中经过一年驯化，pH值为7.0～7.3，污泥总固体(TS)为16.50±0.20g/L，挥发性物质含量(VS)为8.30±0.30g/L。

关于其他实验条件，在一些实施例中，抗生素废水的pH值为8.5±0.1。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

一、实验材料准备

制备生物炭：收集废茶叶，在去离子水中反复洗涤，直至过滤后的水澄清。将废茶叶放入60℃的烘箱中烘干，然后在600℃缺氧条件下热解3h生成茶基生物炭，冷却后研磨过100目筛网备用。

制备纳米铁基生物炭：

将0.53g硼氢化钠溶解于10mL水中，获得第一溶液；将1.64g七水合硫酸亚铁溶解在乙醇和去离子水溶液中，加入0.67g生物炭，搅拌5min，超声5min，得到第二溶液；在氮气氛围下，将第一溶液以1s/滴的速度加到第二溶液中，边滴加边搅拌，完全反应10min后，得到第三溶液；第三溶液经过沉淀、静置和过滤后得到黑色固体颗粒，在真空烘箱中60℃烘干，冷却后得到纳米零价铁占比33％的纳米铁基生物炭，简称nZVI/BC-33。

将0.26g硼氢化钠溶解于10mL水中，获得第一溶液；将0.79g七水合硫酸亚铁溶解在乙醇和去离子水溶液中，加入0.84g生物炭，搅拌5min，超声5min，得到第二溶液；在氮气氛围下，将第一溶液以1s/滴的速度加到第二溶液中，边滴加边搅拌，完全反应10min后，得到第三溶液；第三溶液经过沉淀、静置和过滤后得到黑色固体颗粒，在真空烘箱中60℃烘干，冷却后得到纳米零价铁占比33％的纳米铁基生物炭，简称nZVI/BC-16。

将1.07g硼氢化钠溶解于20mL水中，获得第一溶液；将3.28g七水合硫酸亚铁溶解在乙醇和去离子水溶液中，加入0.34g生物炭，搅拌5min，超声5min，得到第二溶液；在氮气氛围下，将第一溶液以1s/滴的速度加到第二溶液中，边滴加边搅拌，完全反应10min后，得到第三溶液；第三溶液经过沉淀、静置和过滤后得到黑色固体颗粒，在真空烘箱中60℃烘干，冷却后得到纳米零价铁占比33％的纳米铁基生物炭，简称nZVI/BC-66。

获取厌氧污泥：厌氧污泥在实验室中经过一年驯化，pH值为7.0～7.3，污泥总固体(TS)为16.50±0.20g/L，挥发性物质含量(VS)为8.30±0.30g/L。

配制环丙沙星废水：该环丙沙星废水来自于合成模拟废水；在环丙沙星废水中，COD10000mg/L，COD：N:P为200:5:1，葡萄糖浓度为9.3720g/L,氯化铵浓度为0.9553g/L，磷酸二氢钾浓度为0.2193g/L，环丙沙星浓度为10mg/L；使用1mol/L盐酸将pH值调节至8.5。

配制不含环丙沙星的废水：该不含环丙沙星的废水来自于合成模拟废水；在不含环丙沙星的废水中，COD10000mg/L,COD:N:P为200:5:1，葡萄糖浓度为9.3720g/L,氯化铵浓度为0.9553g/L,磷酸二氢钾浓度为0.2193g/L；使用1mol/L盐酸将pH调节至8.5。

二、进行厌氧消化实验

实施例

在氮气氛围下，在250mL血清瓶中进行，在瓶盖开孔两个，用于收集气体、上清液和污泥。添加150mL废水，50mL厌氧污泥，1g纳米铁基生物炭，放置在37℃的恒温摇床中以150rpm转速孵育。

实施例1～实施例3中，纳米铁基生物炭分别使用nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66。

对比例1

与实施例1的区别在于：未添加纳米铁基生物炭、也未添加单一生物炭。该对比例1即Control组。

对比例2

与实施例1的区别在于：将纳米铁基生物炭替换为同等重量的单一生物炭。该对比例2即BC组。

空白组

与实施例1的区别在于：使用不含环丙沙星的废水，且未添加纳米铁基生物炭、也未添加单一生物炭。空白组即Blank组。

三、检测方法及实验结果

检测方法：

厌氧消化结束后，进行以下检测：

1、使用液相色谱测定溶液中测定系统中的环丙沙星抗生素(CIP)浓度。

2、使用试剂盒测定活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)。

3、基于Illumina MiSeq高通量测序平台，进行宏基因测试获得厌氧系统中的抗生素抗性基因及其形成传播的相关基因。

检测结果：

检测结果中，各实验项目组别对照如下：nZVI/BC-33即实施例1，nZVI/BC-16即实施例2，nZVI/BC-66为实施例3，Control为对比例1，BC为对比例2，Blank为对比例3。

1、实施例和对比例中残余CIP浓度、CIP去除率如表1所示。

表1.残余CIP浓度和CIP去除率

根据表1可知：

实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，抗生素浓度均降低、抗生素去除率均明显提高。BC组在厌氧消化中添加单一的生物炭，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，抗生素浓度降低、抗生素去除率明显提高。其中，添加了nZVI/BC-33的实施例1抗生素浓度最低、抗生素去除率提高程度最高。

2、以下图1～图7示出了废水处理后抗生素抗性基因丰度、抗性机理基因丰度、ROS、SOD、CAT等的检测结果。

图1为实施例、对比例和空白组中所有抗生素抗性基因丰度的柱状统计图；图2为实施例、对比例和空白组中不同种类抗生素抗性基因丰度的柱状统计图。

根据图1和图2可知：

Control组的废水中有抗生素胁迫，和废水中没有抗生素的Blank组相比，抗生素抗性基因丰度增加。

根据具体检测结果统计，与Blank组相比，Control组的抗生素抗性基因丰度增加8.0％。

实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，抗生素抗性基因丰度降低，其中，添加nZVI/BC-33和nZVI/BC-66时抗生素抗性基因丰度降低更明显，添加nZVI/BC-33时抗生素抗性基因丰度降低最多。

根据具体检测结果统计，与Control组相比，添加了nZVI/BC-33的实施例中抗生素抗性基因丰度降低16.3％，添加了nZVI/BC-16的实施例中抗生素抗性基因丰度降低12.5％，添加了nZVI/BC-66的实施例中抗生素抗性基因丰度降低15.6％。

BC组在厌氧消化中添加单一的生物炭，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，抗生素抗性基因丰度增加。结合表1可知，BC组和Control组相比，抗生素浓度降低，但是抗生素抗性基因丰度增加，可见，抗生素的含量增减和抗生素抗性基因的丰度增减二者并没有线性关系。

根据具体检测结果统计，与Control组相比，BC组的抗生素抗性基因丰度增加2.3％。

图3为实施例、对比例和空白组中抗性机理基因丰度的柱状统计图。

根据图3可知：

实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，系统中关于抗生素目标保护、抗生素目标替代和抗生素失活的基因丰度均下降。

以下的图4～图7，用以说明本申请的技术方案在厌氧消化系统中如何实现控制抗生素抗性基因的形成、扩散和传播。

图4为实施例、对比例和空白组中活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)检测结果的柱状统计图。

过高的ROS会氧化DNA，破坏DNA结构，增加DNA突变概率，诱导抗生素抗性基因的形成。由ROS引起SOD和CAT显示氧化应激反应，氧化应激反应越小越有利于微生物正常的生长代谢活动。

根据图4可知：

Control组在厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭，厌氧消化受到抗生素胁迫，系统内ROS、SOD和CAT升高，更有利于抗生素抗性基因的形成。实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，系统内ROS、SOD和CAT均显著降低，可以降低系统内氧化还原压力，避免激烈的氧化应激反应，从而减少抗生素抗性基因的形成。

图5为实施例、对比例和空白组中SOS响应基因丰度的柱状统计图。

ROS引起不同程度的DNA损伤，可引起SOS反应，诱导DNA错误修复。

根据图5可知：

Control组在厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭，厌氧消化受到抗生素胁迫，SOS响应相关基因升高，诱导抗生素抗性基因形成。实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，系统中SOS响应相关基因降低，从而减少抗生素抗性基因的形成。

图6为实施例、对比例和空白组中乳酸脱氢酶(LDH)相关基因丰度的柱状统计图。

当微生物的细胞膜/壁受到破坏和损伤时会分泌LDH，LDH可作为衡量细胞膜/壁受损程度的一个指标。

根据图6可知：

Control组在厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭，厌氧消化受到抗生素胁迫，系统内编码LDH的基因LDH、lldF、lldE和lldG丰度均高于Blank组。实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，相关基因丰度明显降低，可以下调编码LDH酶的相关基因的丰度。细胞膜/壁的受损和破裂的程度降低，不利于抗生素抗性基因从细胞内释放到细胞外，避免抗生素抗性基因的扩散和传播。

图7为实施例、对比例和空白组中IV型分泌系统基因丰度的柱状统计图。

通过IV型分泌系统，抗生素抗性基因可以被释放到细胞外，促进抗生素抗性基因传播。

根据图7可知：

实施例1～实施例3在厌氧消化中分别添加了nZVI/BC-33、nZVI/BC-16、nZVI/BC-66，和厌氧消化中没有添加纳米铁基生物炭的Control组相比，厌氧系统中与IV型分泌系统相关基因丰度降低，降低抗生素抗性基因的扩散和传播。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。