土霉素降解菌筛选及降解特性研究

【目的】 近年来,抗生素在畜禽及水产养殖中的使用量增加,导致固体废弃物和污水中存在大量的抗生素和耐药菌。土霉素作为用于养殖业主要的抗生素之一,在畜禽粪便和污水中的残留含量较高,因此,筛选并鉴定了能降解残留土霉素的微生物。 【方法】 采用富集驯化法,以菌肥、药渣和畜禽粪便为原料,采用摇床震荡的方法进行微生物培养,采用高效液相色谱法 (HPLC) 进行土霉素含量测定,筛选出能够高效降解土霉素的微生物。本研究还对降解菌在不同温度、pH、转速和接种量条件下的土霉素降解效果进行优化,并最终利用16S rDNA的方法鉴定菌种。 【结果】 筛选出一株能够高效降解土霉素的菌株T4菌,经16S rDNA测序鉴定该菌株为假单胞菌 (Pseudomonas sp.) ,该菌株在30℃时对土霉素的降解率最高,达到了26.75%;不同pH梯度下,T4菌在pH为7时对土霉素的降解率达到最高,为27.03%;转速为150 rpm和170 rpm时,T4菌对土霉素的降解率分别为26.18%和25.59%,考虑到摇床高转速耗能高的因素,因此选择150 rpm为优化的转速;接种量对T4菌降解土霉素的影响较小,而且二者之间呈负相关,接种量1%时降解率最高,为26.88%。优化条件下,T4菌对100 mg/L土霉素的降解率为26.29%;堆肥试验表明,添加了T4菌之后,土霉素去除率更高,为93.21%。 【结论】 本研究筛选出的菌株T4对土霉素有较好的降解能力。通过16S rDNA基因序列分析,T4菌属于假单胞菌 (Pseudomonas sp.),其降解土霉素的优化条件为温度30℃、pH 7.0、转速150 rpm、接种量1%。在堆肥中接种T4菌后,提高了对土霉素的去除作用,表明T4菌作为土霉素降解菌具有污染治理的潜力。      

土霉素在土壤中降解特性研究

采用室内培养法研究了不同温度条件下,土霉素在土霉素单一及土霉素-锌复合体系中的降解作用。结果表明,在4 ℃和25 ℃时,土霉素在单一及复合体系中的降解速率均随培养时间增加而降低,随土霉素添加浓度的增加而增加。与4 ℃相比,土霉素在25 ℃环境条件下降解速率显著提高,半衰期明显缩短。与单一污染相比,在中、高浓度锌胁迫条件下,土霉素的降解速率明显降低,半衰期明显延长。参考POPs国际公约关于化学品持久性的定义,土霉素在单一及复合体系中均属易降解有机物。     

除臭固化剂在处理鸡粪中的应用

介绍了一种新型鸡粪除臭固化剂的基本原理和应用概况。除臭固化剂是采用酸碱的物理、化学作用,将鲜鸡粪的营养成分固定下来,改变粪中环球菌的繁殖所需的酸性条件,从而抑制繁殖数量,防止大量分解放出硫化氢气体,达到除臭目的。同时在多种氧化物和鸡粪中的气体相互作用下,使一臭二烧苗的鸡粪,在短时间内转化成安全、稳定、无臭、无公害的优质肥料。所用工艺简便、易在大中小型各类鸡场推广使用。     

除臭固化剂在处理鸡粪中的应用

介绍了一种新型鸡粪除臭固化剂的基本原理和应用概况。除臭固化剂是采用酸碱的物理、化学作用,将鲜鸡粪的营养成分固定下来,改变粪中环球菌的繁殖所需的酸性条件,从而抑制繁殖数量,防止大量分解放出硫化氢气体,达到除臭目的。同时在多种氧化物和鸡粪中的气体相互作用下,使一臭二烧苗的鸡粪,在短时间内转化成安全、稳定、无臭、无公害的优质肥料。所用工艺简便、易在大中小型各类鸡场推广使用。     

高特克在油菜及土壤中的残留降解

研究了农药高特克及其代谢产物在油菜和土壤中的降解。结果表明,高特克使用后,母体在植株和土壤中降解较快,并通过代谢产物高特克酸,以其母体和代谢产物总量评价其安全性,它在土壤和植株上半衰期分别为１７．２和５．２ｄ,按推荐剂量使用,在油菜籽中的最终残留低于０．１ｍｇ／ｋｇ。     

土霉素在土壤中的垂直迁移及其影响因素研究

采用土柱淋溶法,研究了土霉素在土壤中的垂直迁移特性,探讨了不同土壤类型、淋溶体积、淋溶液pH值、施药量等因素对土霉素在土壤中淋溶迁移的影响。结果表明,在红壤、黑钙土、赤红壤3种不同类型的土样中,土霉素的迁移深度为：赤红壤〉红壤〉黑钙土;土霉素主要富集在土壤表层,其含量随土壤深度增加而明显降低;同一深度的土壤中土霉素含量随着淋溶液体积的增加而增大,随pH值增大而减小;土霉素在土层中的含量分布、淋溶深度与其施药量均呈正相关;当淋溶液中含有一定量的土霉素溶液时,土霉素在土壤中的迁移深度明显增加。     

不同菌剂在鸡粪堆肥中的应用效果

选出适宜的鸡粪堆肥菌剂及其与辅料的配比,对促进鸡粪堆肥的效果具有重要的意义。本研究采用了接种不同菌剂的堆肥发酵试验,研究不同鸡粪堆肥过程中堆肥的养分、理化性状和发芽指数等参数变化。结果表明,接种等量不同微生物菌剂的堆肥效果基本一致,比鸡粪(CK)处理的发酵温度提前9~10 d达到50℃;种子发芽指数达到85.2%~87.3%,提高45.2%~47.3%;发酵周期缩短了12 d。接种菌剂处理比仅加米糠处理的发芽指数平均提高了18.8%。聚类分析得出5个处理的堆肥效果被分成了3类,接菌剂处理划归为第一类,表明3种菌剂堆肥效果基本相同;仅加米糠处理是第二类;鸡粪(CK)处理是第三类。本试验在鸡粪和米糠的C/N为25.5的条件下,分别接种3种不同的微生物菌剂(0.05%)的处理,堆肥效果较一致,比仅加米糠和纯鸡粪处理堆肥效果好。     

土壤中土霉素残留的高效液相色谱检测方法

为有效测定土壤中土霉素残留量,建立了固相萃取－高效液相色谱法提取以及测定潮土、红壤、紫色土中土霉素残留量的方法。土壤中土霉素残留经提取缓冲溶液进行有效提取,经过DVB固相萃取小柱纯化、无水甲醇洗脱和氮气流浓缩后,经HPLC测定。对提取缓冲液、流动相以及流动相pH值、有机相与无机相的比例以及流速等测定条件进行优化研究。结果表明：提取液为Na2EDTA-Mcllvaine,流动相为乙腈∶0.01mol/L磷酸二氢钠（pH值2.5,V∶V=10∶90）,温度25℃,流速1.2ml/min,检测波长350nm对3种不同性质的土壤中土霉素残留量的测定最为合适。应用本方法进行土壤中土霉素残留量的测定,土霉素含量与峰面积具有良好的线性关系,相关系数（n=9）分别为红壤0.997,紫色土0.995,潮土0.987;检出限分别为红壤0.11mg/kg,紫色土0.17mg/kg,潮土0.09mg/kg;回收率(n=18)分别为红壤80.7%~128.8%,紫色土70.5%~100.0%,潮土61.5%~103.9%;相对标准偏差(RSD, n=18)分别为红壤7.1%~28.2%,紫色土11.9%~38.1%,潮土4.1%~17.0％。本方法简便、准确,适合于测定不同土壤中土霉素残留量,结果可靠。     

促腐剂在鸡粪堆肥发酵中的应用研究

选用鸡粪和小麦秸秆为原料进行高温好氧堆肥,研究促腐剂在鸡粪堆肥发酵中的应用。结果表明,接种促腐剂可迅速提高堆肥初期的发酵温度,最高温度超过70℃,但发酵后期降温快,高温加快了堆肥的发酵。发酵20d种子发芽指数达到80%以上;发酵30d含氮量比对照高4.3%,含水量降低3个百分点。综合堆温、C/N、种子发芽指数各项腐熟度指标,接种促腐剂可使鸡粪堆肥腐熟时间比对照提前5d以上。接种促腐剂可降低物料对种子发芽指数的影响,显著缩短发酵时间,加快堆肥物料的水分挥发,使堆肥中的无机营养成分含量相对增加,从而提高鸡粪堆肥的质量。     

粪便、餐厨及芦苇混合厌氧消化过程中餐厨含量的影响研究

采用完全混合湿式厌氧发酵方法,对餐厨、粪便及芦苇3种物料混合厌氧消化过程中餐厨含量的影响进行了研究。结果表明,餐厨加入量对这3种物料混合厌氧发酵影响显著。适当增加餐厨比例,有利于产气率的提高,但随着餐厨比例的增加,混合厌氧消化过程中乙酸、丙酸和丁酸含量增加明显,较容易出现＂酸化＂现象而影响产气效果。粪便、芦苇与餐厨湿重比为7∶2.5∶3时,产气效果最佳,最高容积产气率为1118mL·L^-1·d^-1,平均甲烷含量为64.6%,COD去除率达到68.56%。随着餐厨比例的增加,NH3-N含量逐渐增加,但未对厌氧消化产生抑制作用。     

多菌灵在水稻及土壤中的消解动态和残留规律研究

采用田间试验方法,研究了多菌灵在稻田水、土壤和稻秆中的消解动态,测定了多菌灵在水稻和土壤中的最终残留量。样品采用甲醇和稀盐酸的混合溶液提取,经液-液分配净化,HPLC紫外分析测定。结果表明,田水、土壤、稻秆、谷壳、糙米中多菌灵添加浓度为0.05~1.0mg·kg-1时,平均回收率为83.16%~95.44%,变异系数在1.23%~5.32%之间,方法的最低检测浓度为：田水0.005mg·L-1,土壤0.005mg·kg-1,稻秆0.050mg·kg-1,谷壳0.050mg·kg-1,糙米0.025mg·kg-1。多菌灵在田水、土壤和稻秆中的消解动态均符合一级动力学方程,半衰期分别为2.53~3.41d、6.20~7.27d、3.27~3.91d,原始沉积量与施药量、施药次数密切相关。以231g·hm-2和346.5g·hm-2间隔7d施用多菌灵2次和3次,末次施药21d后多菌灵的最高残留量为：土壤未检出（≤0.005mg·kg-1）,稻秆0.524mg·kg-1,谷壳0.528mg·kg-1,糙米未检出（≤0.025mg·kg-1）。多菌灵在稻秆和谷壳中的残留量相对较高,以该稻秆和谷壳作为饲料有一定的风险;多菌灵在糙米中的残留量低于我国和食品法典委员会（CAC）及日本的最大残留限量（MRL）标准。     

氟啶虫胺腈在棉花和土壤中的检测方法与残留动态研究

研究和建立了氟啶虫胺腈在土壤、棉籽和棉叶中的高效液相色谱检测方法,并在天津和杭州两地开展了氟啶虫胺腈在棉花中的田间残留试验研究。样品采用乙腈提取,正己烷萃取,氟罗里硅土柱层析净化,正己烷/丙酮(体积比6∶4)混合液洗脱,减压浓缩至干,甲醇定容,高效液相色谱配可变波长紫外检测器进行检测。当分别在空白土壤、棉籽和棉叶样品中添加浓度为0.05~2.5mg·kg-1的氟啶虫胺腈标准品时,其平均添加回收率在76.81%~94.43%之间,相对标准偏差(RSD)在0.54%~7.20%之间;氟啶虫胺腈的最小检出量为1 ng,在所有样品中的最低检出浓度均为0.05mg·kg-1。田间残留试验结果表明,氟啶虫胺腈在土壤和棉叶中的消解规律符合一级动力学模型Ct=C0e-kt,消解半衰期分别为1.36~5.10 d和6.13~9.37d。最终残留试验结果表明,在棉花田手动喷雾施用50%氟啶虫胺腈水分散粒剂,按推荐剂量和1.5倍推荐剂量施药,兑水喷雾处理2~3次,每次施药间隔7 d,在距最后1次施药7、14 d和21d时,氟啶虫胺腈在棉籽和土壤中的残留量均小于方法最低检出浓度0.05mg·kg-1。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

杀螺胺乙醇胺盐在水稻和稻田中的残留及消解动态

为明确杀螺胺乙醇胺盐在稻田系统的使用安全性,采用田间试验方法,研究了杀螺胺乙醇胺盐在长沙、杭州、贵阳三地水稻中的消解动态和最终残留。结果表明,该化学灭螺药在三地的稻田水、土壤、稻秆中消解半衰期分别为1.69～3.01、8.66～13.86d和5.33～7.70d。施药后62d糙米中杀螺胺乙醇胺盐的最终残留量均〈1.00mg·kg-1,水稻稻秆中含量最高。在水稻中使用杀螺胺乙醇胺盐70%可湿性粉剂,按推荐剂量900g·hm-（2630a.i.g·hm-2）,最多施药2次,杀螺胺乙醇胺盐在水稻上的安全期为62d。     

磷和土霉素对小麦和紫花苜蓿幼苗生长和根系发育的影响

采用盆栽试验的方法,研究不同磷添加量(0,20,80 mg/kg)和土霉素添加量(0,40,160 mg/kg)对小麦和紫花苜蓿幼苗生物量及根系发育的影响.结果表明:所有水平土霉素处理中,20,80 mg/kg磷处理的小麦地上部生物量均比不加磷时高,分别高22.7％～34.1％,10.0％～30.0％和9.1％～18....     

土壤粒度对土霉素在黑土和红壤上吸附的影响

为了探明土壤粒度对土霉素在土壤上吸附的影响,以性质差异显著的黑土和红壤为供试土壤,采用批量平衡法,研究了土霉素在不同粒度的2种土壤上的吸附行为。结果表明：（1）土霉素在不同粒度土壤上的吸附均分为快吸附和慢吸附2个过程,土壤类型和不同粒度的同种土壤对土霉素吸附速率存在差异,Elovich模型、双常数模型对动力学吸附过程拟合效果最好;（2）3种等温吸附方程模型都可以较好地拟合研磨度不同的2种土壤对土霉素的吸附,相关系数（R^2）在0.954～0.999之间,吸附参数kd、kf在2种土壤上均随着粒度的减小而增大。因此,在研究土霉素等四环素类抗生素在土壤上的吸附时选择合适的土壤粒度非常重要。     

含土霉素土壤添加不同基质后对玉米生理特性的影响

为了解兽用抗生素污染对作物生长的潜在影响,选择四环素类抗生素土霉素作为目标污染物,通过玉米盆栽试验探讨含土霉素土壤(50mg/kg)施用不同基质(菌剂、蚯蚓粪、生物质炭等单施及其配施菌肥)对玉米生育期生物量、光合参数和酶活性的影响。结果表明:土霉素对玉米根的抑制作用大于植株,菌糠(JK)、菌剂+蚯蚓粪(JQ)和菌剂+生物质炭(JS)处理比OTC处理的玉米根长和根干重分别提高9.1%,9.4%,13.7%和66.46%,183.4%,46.72%;不同基质处理可有效减少土霉素对玉米的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率的抑制作用;与OTC处理相比,菌剂(JK)处理均能显著提高玉米3个时期的叶绿素含量,幼苗期、拔节期和成熟期升幅依次为7.78%,33.33%和12.03%。成熟期菌剂+生物质炭(JS)处理比OTC处理分别提高玉米CAT活性48%和POD活性43.2%;幼苗期、拔节期和成熟期生物质炭(S)、菌剂+蚯蚓粪(JQ)和菌剂(JK)处理比OTC处理分别减少脯氨酸59%,16.5%和55.4%。总趋势为土霉素对玉米生长有明显抑制作用,但添加不同基质均能不同程度缓解土霉素对玉米生理特性的影响,菌糠(JK)、菌剂+生物质炭(JS)、生物质炭(S)和菌剂+蚯蚓粪(JQ)等处理优为明显。研究可为筛选减少抗生素对植物生长的基质提供理论依据,也可为土霉素对农作物的风险评价提供科学意义。