抗生素的发现是二十世纪最具里程碑的科学事件之一,它广泛的应用于人类和动植物疾病的防治。自1929年青霉素问世以来,抗生素在短期内有效地控制了许多传染性疾病,拯救了全世界数以万计的生命。然而,抗生素的滥用造成了抗性基因迅速地发展,细菌耐药性已经变成当今世界面临的公共卫生问题之一,十分紧迫。目前,从自然环境中检出抗性基因的研究越来越多,饮用水与人类生活息息相关,其抗性基因污染问题需要引起重点关注。生物活性炭处理工艺是一种常见的饮用水深度处理工艺,其表面生物膜对饮用水中抗性基因的影响需要引起重视,研究表明,细菌聚集和生物膜的形成与群体感应现象息息相关。饮用水生物膜中细菌种群之间会进行基因交换,这可能导致抗性基因的进一步传播。科学评估饮用水生物活性炭工艺中生物膜的形成及生物膜内群感效应的变化,抗生素抗性基因的行为特征和传播规律,将有助于保障饮用水安全和保护人类健康。本研究使用实时荧光定量PCR、16S rRNA高通量测序和HPLC-MS/MS等,调研探究饮用水厂生物活性炭工艺中抗生素抗性基因行为特征,及其与细菌群落结构、群感效应之间的关系,结合抗性质粒接合转移实验及活性炭小试研究结果,探求群感效应在ARGs传播扩散过程中的作用及机理。并选取常见的天然的群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitor,QSI),探究其对信号分子分泌菌的作用效果,及其对生物膜形成和对接合转移的调控作用,为实际生物活性炭工艺中抗生素抗性污染的控制提供理论基础。论文的研究结果如下:(1)饮用水活性炭处理工艺会造成抗生素抗性基因的富集,经过活性炭工艺后,抗性基因丰度增加,其中blaTEM抗性基因和tetQ抗性基因增加最为显著,blaTEM从 1.70×10-1copies/16S rRNA copies 提高到 3.07×100copies/16S rRNA copies,tetQ 从 1.79×10-4copies/16S rRNA copies 提高到 1.22×10-3copies/16S rRNA copies。活性炭处理后,细菌群落结构发生改变,细菌群落结构与抗生素抗性基因结构转变显著相关,其中和厚壁菌门和蓝藻菌门联系最为密切;(2)活性炭上生物膜可检测到C6-HSL,C8-HSL,C10-HSL,C12-HSL,30C8-HSL,30C12-HSL六种信号分子,浓度范围是0.01-0.76ng/mL。活性炭样品能分离出包括变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门在内的十种信号分子分泌菌,其中厚壁菌门能产生除C10-HSL之外的在生物活性炭上检测到的所有信号分子,群感效应与抗性基因的扩散转移有密切联系;(3)信号分子被证明能有效促进同种细菌间抗生素抗性基因的水平转移,其中效果最显著的是C8-HSL,最高可促进28.60倍,活性炭小试实验中外源添加浓度为1OOng/L时,接合转移效率能提高60倍左右。外源信号分子分泌均菌也能不同程度提高抗性基因的水平转移,效果最显著的是Paenibacilluschibensis,能促进17.40倍,在活性炭小试实验中,投加比例为2:5时最高可达到21.02倍;(4)信号分子可以促进细菌分泌更多EPS,促进生物膜的形成。在持续运行的活性炭装置体系中,信号分子对EPS的形成有促进作用(P<0.05),外源信号分子组的多糖含量最高可达24.33mg/L,蛋白含量最高可达125.20mg/L,外源信号分子分泌菌组多糖含量最多可达26.48mg/L;蛋白含量最高可达142.94mg/L,均高于对照组;(5)QSI对信号分子分泌菌的群体感应系统有抑制作用,QSI分子对信号分子分泌菌的成膜数抑制作用要明显比对浮游细菌的抑制高(P<0.05)。作用最强的抑制剂2(5H)-呋喃酮,对浮游细菌Paenibacilluschibensis的抑制率仅33.86%,对Bacillussubtilis的抑制率为28.53%,但对生物膜的形成抑制率却高达90%。QSI对于胞外多聚物的形成、细菌表面疏水性都有不同程度的抑制作用。另一方面,QSI分子也能抑制信号分子分泌菌对抗性基因水平转移的促进作用,在相同浓度下,2(5H)-呋喃酮和呋喃酮的作用效果优于吲哚和香豆素。