青霉素菌渣的兩種處置方法對環(huán)境微生物多樣性的影響研究.pdf

1、抗生素菌渣是抗生素制藥企業(yè)在生產(chǎn)發(fā)酵類抗生素過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，富含蛋白質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及有機(jī)酸，是一種潛在的可回收資源，但因含有抗生素殘留及其代謝產(chǎn)物而被我國列為危險廢物。對其不合理的處理處置極易造成周圍環(huán)境的生態(tài)危害和污染，因此有必要對其處理處置方式開展環(huán)境安全評價。本文采用分析化學(xué)和分子生物學(xué)方法，基于青霉素對土壤微生物群落的影響、菌渣飼料對小鼠腸道微生物分布的影響以及菌渣與市政污水處理廠剩余污泥混合填埋對環(huán)境微生物多樣性的影響研究

2、，探討并初步評價抗生素菌渣的飼料化利用和混合填埋兩種處置方法的微生物生態(tài)安全性。
　　在土壤中添加濃度為0、2、20、200、400、800mg/kg的青霉素后，分別于第0、3、7天取樣分析土壤中青霉素殘留及微生物多樣性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1天后各組土壤中青霉素降解率均達(dá)50％以上，3天后各組樣品均檢測不出青霉素殘留;經(jīng)Biolog-Eco法檢測發(fā)現(xiàn)，0、2、20、200mg/kg處理組中的土壤微生物對碳源的代謝無明顯差異，但400、80

3、0mg/kg處理組土壤微生物的碳源代謝發(fā)生明顯改變，以酚酸類化合物(Phenolic acids)為碳源的微生物成為優(yōu)勢菌群;但基于碳源的平均利用率(AWCD值)變化分析，不同濃度青霉素的添加對土壤微生物總體活性影響較小。PCR-DGGE指紋圖譜分析發(fā)現(xiàn)，與0mg/kg處理組相比，800mg/kg青霉素處理組第3天時的Shannon多樣性指數(shù)顯著降低(P＜0.05)，但第7天時各處理組Shannon多樣性指數(shù)無顯著差異。對PCR-DGG

4、E指紋圖譜中優(yōu)勢條帶的16S rDNA片段測序分析表明，與土壤中的青霉素抗性菌Burkholderialesbacterium相似的16S rDNA片段在0、3、7的6個處理組中均存在;與青霉素抗性菌Sphingomonas roseiflava相似的16S rDNA片段僅在添加有青霉素的5個試驗組第7天時的樣品中有發(fā)現(xiàn);與對青霉素敏感的Bacillus niabensis、Agromyceslapidis相似的16S rDNA片段第3

5、、7天時在青霉素濃度為0、2mg/kg的處理組有發(fā)現(xiàn)，但在青霉素濃度＞2mg/kg的處理組未發(fā)現(xiàn)。因此，青霉素脅迫對土壤微生物多樣性有一定的抑制作用，青霉素的選擇壓力可促進(jìn)土壤中低豐度的青霉素抗性菌的增加并可能使其成為優(yōu)勢菌群。
　　當(dāng)青霉素菌渣經(jīng)冷凍干燥后(青霉素殘留量2.38±0.13mg/g)與商業(yè)成品飼料按質(zhì)量比1∶99(處理組1)、3∶97(處理組2)、0∶100(處理組3)混勻后分別飼喂小鼠30、60、90天后，分析青

6、霉素在小鼠肝臟及糞便中的殘留量以及小鼠腸道微生物的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同時間點及不同處理組的小鼠肝臟、糞便中均無青霉素殘留;對小鼠腸道微生物的PCR-DGGE指紋圖聚類分析顯示，不同時間點三個處理組小鼠腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)差異較大;對PCR-DGGE指紋圖譜中優(yōu)勢條帶的16S rDNA片段測序分析表明，第2組第30和90天的特異性條帶的測序結(jié)果中分別含有與青霉素抗性菌Akkermansia muciniphila和Roseburia hom

7、inis16SrDNA片段序列相似性較高的DNA片段;第3組第30天和90天的特異性條帶的測序結(jié)果中均含有與青霉素敏感菌Robinsoniellapeoriensis16S rDNA片段序列相似性極高的DNA片段。因此，青霉素菌渣飼料喂養(yǎng)小鼠后，小鼠體內(nèi)雖無青霉素殘留，但菌渣飼料對小鼠腸道微生物群落結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大影響，青霉素的選擇壓力可促進(jìn)腸道內(nèi)低豐度的青霉素抗性菌的增加并可能成為優(yōu)勢菌群。
　　將青霉素菌渣(青霉素殘留量1.09

8、±0.58mg/g)與市政污水處理廠二沉池剩余污泥按質(zhì)量比0∶1（處理組1）、1∶2（處理組2）和1∶1（處理組3）混合填埋，分析0、3、7、20、60天后填埋樣品中青霉素殘留量及微生物多樣性的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第7天時各樣品中均檢測不出青霉素殘留;對填埋樣品的PCR-DGGE指紋圖譜分析發(fā)現(xiàn)，不同處理組的微生物多樣性都表現(xiàn)出隨時間先減少再增加的趨勢;對PCR-DGGE指紋圖譜中優(yōu)勢條帶的16S rDNA片段測序分析表明，與處理組1相比，

9、菌渣與污泥混合填埋處理時，第3天的樣品中發(fā)現(xiàn)與可將復(fù)雜大分子聚合物水解、酸化為單體或小分子聚合物的Megasphaera elsdenii、Lactobacilluscurvatus16S rDNA片段序列相似的DNA片段，第7天樣品中發(fā)現(xiàn)與可利用小分子有機(jī)物或單體發(fā)酵產(chǎn)生甲酸、乙酸、H2、CO2等小分子化合物的Clostridiumjejuense、poranaerobacter acetigenes、Peptostreptococc

10、us russellii、Peptostreptococcus anaerobius16S rDNA片段序列相似的DNA片段。第20天的填埋樣品DGGE指紋圖譜中優(yōu)勢條帶的16S rDNA片段測序分析結(jié)果與第7天基本相同，第60天的填埋樣品DGGE指紋圖譜中優(yōu)勢條帶的16S rDNA片段測序分析結(jié)果基本為未培養(yǎng)微生物。因此，將菌渣與污泥混合填埋，可加快青霉素及有機(jī)物的降解，促進(jìn)填埋體內(nèi)功能微生物菌群的結(jié)構(gòu)演變以及微生物多樣性增加。