菠菜土壤中典型抗生素的微生物降解及细菌多样性

【目的】研究抗生素在土壤中残留情况及其对土壤细菌多样性的影响,为今后抗生素类污染物的土壤微生物修复和环境风险评价提供依据。【方法】通过在种植菠菜土壤中添加抗生素的盆栽试验,以庆大霉素和泰乐菌素及对应功能降解微生物(庆大霉素降解真菌FZC3和泰乐菌素降解细菌无色杆菌)为研究对象,设计7个处理,分别为庆大霉素(CG)、庆大霉素+FZC3(CGF)、泰乐菌素(CT)、泰乐菌素+无色杆菌(CTW)、两种抗生素(CM)、两种抗生素+两种降解菌(CMM)和空白(CC),其中庆大霉素残留率的对比组为CG、CGF、CM和CMM处理;泰乐菌素残留率的对比组为CT、CTW、CM和CMM处理。借助固相萃取-液质联用及Illumina高通量测序技术,对试验过程中抗生素残留及其对土壤细菌多样性影响进行研究。【结果】添加FZC3和无色杆菌可分别显著提高土壤中庆大霉素和泰乐菌素的去除效果,但随着菠菜的生长,各处理间抗生素残留率差异逐渐变小:第一周不同处理抗生素残留率差异最为显著,其中CMM处理中庆大霉素的残留率最低,为53.93%;CTW处理中泰乐菌素的残留率最低,为3.92%。第一周CGF处理比CG处理中庆大霉素残留率下降了约3.3%,CTW处理比CT处理中泰乐菌素的残留率降低了4.1%。同时,添加抗生素及其降解菌会不同程度影响土壤细菌丰富度和多样性:与CC相比,CG、CTW和CMM 3个处理中土壤细菌的丰富度和多样性有显著差异(P0.05)。FZC3可以缓解庆大霉素对土壤细菌的抑制作用,与CC处理相比,CG处理马赛菌和芽胞杆菌的相对丰度更高,而CGF与CC组群落结构相似;无色杆菌对土壤细菌菌群的影响程度大于其对缓解泰乐菌素毒性抑制作用的影响,相较于CT和CC处理,CTW处理中无色杆菌的添加抑制了土壤其他细菌的生长,而CT与CC处理各属细菌菌群相对丰度差异不显著。CM与CC处理相比,土壤中细菌丰富度、多样性和细菌群落结构均无显著差异,表明两种抗生素同时添加其相互间呈现拮抗作用。【结论】土壤中庆大霉素和泰乐菌素的残留对土壤微生物群落结构有不同程度的影响。添加功能微生物可以提高两种抗生素的去除效率,FZC3添加可以缓解庆大霉素对土壤细菌的影响,而无色杆菌添加对土壤细菌菌群影响较大。     

微生物降解抗生素的研究进展

近几十年来航生素的大量使用所引起的公共健康、资源利用和环境污染等问题倍受社会关注。由于微生物对抗生素削减的高效、低耗、环保和操作简单等优点,微生物降解法已成为处理抗生素污染的有效途径。在综述近几十年来利用微生物方法处理抗生素污染的技术、抗生素降解功能微生物的筛选、降解条件优化、降解效果及其降解机制等方面研究进展的基础上,指出了今后的研究方向。     

畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的研究进展

兽用抗生素具有显著的促动物生长、预防动物疾病的作用。随着集约化畜牧业以及配合饲料工业的不断发展,抗生素作为饲料添加剂在全球范围内已被广泛应用。我国畜禽养殖业对抗生素的依赖甚是严重,每年用于畜禽养殖的兽药抗生素超过了8吨,占抗生素总产量的一半以上。这些兽用抗生素并不能完全被动物体所吸收,绝大部分以原药或者代谢产物的形式随畜禽粪便和尿液排出体外,导致畜禽粪污中多种抗生素残留,最高浓度达到了183.50 mg·kg~(-1)。残留抗生素可能经各种途径进入土壤和水体环境中,一方面影响土著微生物的活性,另一方面引起抗性菌和抗性基因的产生和传播,给生态系统安全和人类身体健康带来巨大的负面效应。因此,充分、有效消减畜禽粪污中兽药抗生素十分重要而迫切。论文作者在总结大量文献的基础上,对国内外畜禽粪便抗生素的污染特点和赋存规律进行了系统介绍,并着重阐述了国内外畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的最新研究进展,描述了畜禽粪便好氧堆肥和厌氧发酵的分类及工艺流程。在此基础上重点对好氧堆肥和厌氧发酵两种处理方式下畜禽粪便中兽用抗生素的去除程度进行了详尽、深入分析,同时对抗生素消减效果的影响因素进行了充分讨论。主要结论:好氧堆肥对土霉素、四环素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、环丙沙星、恩诺沙星和泰乐菌素等主要类别抗生素的最高去除率可达65.5%—100%,去除效果受抗生素种类、初始浓度、添加方式、堆肥温度、供养方式、底物组成影响;厌氧发酵对氨苄青霉素、四环素、磺胺甲氧二嗪的去除可达100%,但几乎无法去除磺胺噻唑、磺胺二甲基嘧啶、磺胺氯哒嗪、泰乐菌素,去除效果受抗生素种类、浓度、发酵温度、污泥性质、混合速率和发酵时间影响。最后,对需要进一步开展的研究进行了展望,建议加强兽用抗生素的监管,制定相关的法规和标准,加速兽用抗生素替代物品的研发,减少源头污染;深入开展畜禽废弃物好氧堆肥或者厌氧发酵过程中抗生素降解产物及机理研究;筛选具有强降解能力的微生物作为菌剂,强化其对畜禽养殖废弃物中兽用抗生素的消减;深入研究好氧堆肥和厌氧发酵过程中抗生素和ARGs之间的相互关系,去除兽用抗生素的同时也加速ARGs的削减。