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四环素类抗生素的微生物降解机理

2020-12-08阅读(314)

四环素类抗生素的微生物降解机理

论文摘要

土霉素（OTC）是一种被广泛应用于人类医药和动物兽药以及水产养殖业的四环素类抗生素。近年来的土霉素生产企业和畜牧业周围含有大量的土霉素废弃物,环境和人类健康造成了威胁。因此土霉素的污染问题有待解决。但是土霉素的不稳定性极大的增大了物理化学法处理土霉素污染物的难度。相比于物理方法和化学方法降解环境中的抗生素,微生物处理方法既快速又高效,而且还可以有效地避免化学处理带来的二次污染和物理方法的高成本。本研究利用从长期受土霉素污染的土壤中筛选出来的一株高效降解菌株来去除水体和土壤中的土霉素。本文系统的研究了水体和土壤环境介质中的土霉素降解路径及其影响因素。对水体中的常见的抗生素抗性基因（Antibiotic Resistace Genes,ARGs）和土壤中的微生物群落变化以及抗性基因的变化进行实时监测,探讨了受土霉素污染的水体和土壤中,抗性基因的变化趋势。此外,对于土壤反应系统中微生物群落与土霉素之间进行了研究。具体结果如下:（1）利用土霉素生产过程中所产生的药渣中筛选出的一株能够降解土霉素的细菌-T4,被鉴定为假单胞菌。T4菌对OTC降解条件进行优化,0.1%Fe3+可以明显的促进OTC的微生物降解。建立了在Fe3+的作用下,底物浓度为50 mg L-1,温度为40℃,pH=7的条件下,OTC的降解率可达到80.96%。将该方法应用到实际的池塘水、工业废水和养殖用水中,OTC的去除率都可超过88.00%。（2）在水体介质中,对4种常见的四环素类抗生素抗性基因tet（M）,tet（A）,tet（O）和tet（W）进行实时荧光定量检测,检测结果表明在水体介质中并未发现有这4种抗性基因的存在。由于在水体环境介质中OTC的水解是必不可免的,通过利用UPLC-Q-TOF分析降解产物推导出OTC的水解路径和微生物降解路径和6种反应类型,主要包括烯醇-酮转化、羟基化、脱水、脱氨基、脱甲基化和脱碳基。（3）在土壤介质中,主要重点研究了不同处理的土壤、土壤中OTC的底物浓度和温度对于外加微生物降解OTC的影响。实验结果能表明,在未灭菌土壤、2.5 mg kg-1、30℃的条件下,OTC的去除效果最好,降解率可达到68.53%。通过高通量测序技术对土壤中微生物群落的变化进行检测,主要的优势菌群为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、酸杆菌门和芽单孢菌。随着反应时间的进行变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门和芽单孢菌均显著增加,其中,变形菌门在控制组中的数目基本保持不变,在实验组组中增加的幅度最大,达到11.99%,拟杆菌门、酸杆菌门和芽单孢菌在控制组分别增加了17.03%,6.53%,4.16%,实验组分别增加了20.72%,9.45%,5.83%。因此,T4菌降解土壤中的OTC可能与土壤中的变形菌门、拟杆菌门、酸杆菌门和芽单孢菌有关。（4）对反应过程中的13种四环素类抗生素抗性基因tet（A）、tet（B）、tet（C）、tet（G）、tet（H）、tet（K）、tet（L）、tet（M）、tet（O）、tet（Q）、tet（W）、tet（X）和tet（Z）进行检测。第0天,tet（X）在2个处理中均被检测到,且实验组中的含量高于控制组。随着反应时间的延长tet（G）、tet（M）、tet（Q）和tet（Z）在2组实验中逐渐被检测到,且其数量逐渐增多,其中tet（G）含量最多,且实验组明显高于控制组。通过利用UPLC-Q-TOF分析降解产物推导出2条OTC的微生物降解路径。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景
  •     1.1.1 抗生素在环境中的残留
  •     1.1.2 环境中抗生素残留的危害
  •     1.1.3 四环素类抗生素的理化性质
  •   1.2 研究综述
  •     1.2.1 国内外抗生素的使用现状
  •     1.2.2 物理吸附法
  •     1.2.3 电化学处理法
  •     1.2.4 高级氧化法
  •     1.2.5 生物降解法
  •   1.3 研究内容及意义
  •     1.3.1 研究目的
  •     1.3.2 研究内容
  •     1.3.3 研究意义
  •   1.4 技术路线与创新点
  •     1.4.1 主要技术路线
  •     1.4.2 创新点
  • 第二章 水体中土霉素的降解机理及影响因素
  •   2.1 材料与方法
  •     2.1.1 试剂与仪器
  •     2.1.2 土霉素的提取与检测
  •     2.1.3 水体中DNA的提取
  •     2.1.4 实时荧光定量PCR法测定ARGs
  •     2.1.5 数据处理与分析
  •   2.2 实验设计
  •     2.2.1 T4菌降解土霉素
  •     2.2.2 T4菌降解土霉素的条件优化
  •     2.2.3 T4对不同OTC底物浓度降解的影响
  •     2.2.4 温度对OTC降解的影响
  •     2.2.5 pH对OTC降解的影响
  •     2.2.6 实时荧光定量检测抗性基因
  •     2.2.7 实际水体中的应用
  •   2.3 结果与讨论
  •     2.3.1 T4菌对OTC的影响
  •     2.3.2 T4菌优化条件对水体中OTC降解的影响
  •     2.3.3 底物浓度对水体中OTC降解的影响
  •     2.3.4 温度对水体中OTC降解的影响
  •     2.3.5 pH对水体OTC微生物降解的影响
  •     2.3.6 水体中抗性基因的变化
  •     2.3.7 实际水体中OTC的降解
  •     2.3.8 OTC降解路径
  •     2.3.9 OTC微生物降解路径
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 土壤中土霉素的微生物降解机理及影响因素
  •   3.1 实验材料与方法
  •     3.1.1 试剂与仪器
  •     3.1.2 土壤理化性质的测定
  •     3.1.3 土霉素的提取与检测
  •     3.1.4 土壤样品中DNA提取和高通量测序
  •     3.1.5 抗性基因荧光定量检测
  •     3.1.6 数据处理与分析
  •   3.2 实验设计
  •     3.2.1 不同处理的土壤
  •     3.2.2 不同底物浓度对微生物降解OTC的影响
  •     3.2.3 不同温度对微生物降解OTC的影响
  •     3.2.4 微生物降解效果
  •     3.2.5 土壤微生物对OTC微生物降解的影响
  •     3.2.6 土壤中土霉素降解路径
  •     3.2.7 土壤中抗性基因的变化
  •   3.3 结果与讨论
  •     3.3.1 不同处理的土壤对OTC降解的影响
  •     3.3.2 底物浓度对OTC降解的影响
  •     3.3.3 温度对OTC降解的影响
  •     3.3.4 微生物降解效果
  •     3.3.5 OTC微生物降解过程中土壤微生物群落的变化
  •     3.3.6 土壤中OTC降解路径
  •     3.3.7 土壤中抗性基因的变化
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 结论与展望
  •   4.1 结论
  •   4.2 展望
  • 参考文献
  • 硕士期间发表论文情况
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 祁为宁

    导师: 龙健,李兆君

    关键词: 土霉素,微生物降解,抗性基因,降解路径

    来源: 贵州师范大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,环境科学与资源利用

    单位: 贵州师范大学

    分类号: X172

    总页数: 72

    文件大小: 964K

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