Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4对磺胺类抗生素的降解特性研究

摘要

磺胺类抗生素(Sulfonamides，SAs)作为预防和治疗细菌感染性疾病的化学药物被广泛应用于兽药临床，其造成的污染问题日益受到人们的关注。微生物降解法由于其温和无二次污染，操作简便等特点逐渐成为研究热点。微生物降解磺胺类抗生素受多种环境因素所影响，如初始药物浓度、pH、抗生素种类、微生物种类及其他因素的影响。铁还原微生物(Dissimilatory Iron-Reducing Bacteria，DIRB)是一类能利用Fe(Ⅲ)作为末端电子受体进行呼吸获能的微生物，可以降解多种环境污染物。在纯培养条件下，研究两种铁还原微生物Shewanella oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4对磺胺类抗生素的耐药性和降解特性。研究结果对环境中磺胺类抗生素引起的污染修复起到一定的指导作用。主要的研究内容和结果如下:
　　1、利用微生物平板计数法考察了S.oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4对磺胺吡啶(SPY)和磺胺甲恶唑(SMX)的耐药性，结果表明:菌落数随着两种磺胺类抗生素浓度的增大而逐渐减少，当初始抗生素浓度为10mg/L时，两种铁还原菌的菌落数与不加抗生素时较为接近。当抗生素浓度达到60mg/L时，两种菌几乎均无菌落生长。表明S.oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4耐药浓度达到60mg/L。
　　2、利用微生物纯培养法考察了铁还原微生物S.onedensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4对SPY和SMX的降解动力学。结果表明:在微生物纯培养条件下，5d后S.oneidensis MR-1对SPY和SMX的降解率分别为23.91％和59.88％，Shewanella sp.strain MR-4对SPY和SMX的降解率分别为23.43％和63.89％。SPY和SMX的对应降解产物2-氨基吡啶(2-AP,2-aminopyridine)和3-氨基-5甲基异恶唑(3A5MI，3-amino-5-methyl-isoxazole)随着磺胺类药物的减少逐渐增大。同时探讨了不同因素条件下S.oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4对磺胺类药物的降解。结果表明:磺胺类药物初始浓度越高，两种菌的降解率均降低。初始浓度达到50mg/L时，两种菌对两种磺胺类药物几乎不降解，初始pH范围在7.0～8.0较适宜。两种菌分别降解五种混合磺胺类药物，结果表明S.oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4优先利用SMX作为碳源和氮源，五种抗生素的降解率按大小顺序排列为SMX＞SPY＞ST＞SM2＞SDZ。
　　3、研究了金属异化还原作用对S.oneidensis MR-1和Shewanella sp.strain MR-4降解两种抗生素的影响。结果表明:S.oneidensis MR-1降解抗生素体系中加入Fe(Ⅲ)，由于Fe(Ⅲ)可以为其提供更多的养料，促进微生物生长，从而促进铁还原菌对磺胺类抗生素的降解，5d后对SPY的降解率为53.5％，SMX在培养3d后降解率为97.9％，培养基中Fe(Ⅱ)浓度为1.91mmol/L;Shewanella sp.strain MR-4降解抗生素体系中加入Fe(Ⅲ)，Shewanella sp.strain MR-4对SPY的降解率为66.02％，SMX在培养3d后降解率达到100％，5d后培养基中Fe(Ⅱ)浓度为2.33mmol/L。其他重金属(Pb2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+)的添加对铁微生物异化还原降解磺胺类抗生素存在不同程度的抑制效果。S.oneidensis MR-1降解磺胺类抗生素体系中加入As(Ⅴ)，5d后体系中，As(Ⅴ)几乎不还原，SPY和SMX的降解率分别为15.10％、38.71％。Shewanella sp.strain MR-4降解磺胺类抗生素体系中加入As(Ⅴ)，5d后体系中，As(Ⅴ)还原率为14.21％，Shewanella sp.strain MR-4对SPY和SMX的降解率分别为19.80％、40.71％。As(Ⅴ)和磺胺类抗生素对两种铁还原微生物可能存在一定的协同抑制作用导致磺胺类抗生素的降解率降低。
　　4、采用LC-MS对SPY和SMX的降解产物进行了分析，推测磺胺类抗生素的可能降解途径是由S-N键断裂引起的。SPY首先生成2-AP、4-氨基苯磺酸，SMX生成3A5MI、4-氨基苯磺酸，其中4-氨基苯磺酸进一步转化生成4-氨基苯硫酚。

目录

声明

摘要

文献综述

1 引言

2 材料和方法

2．1 实验材料

2．1．1 药品与试剂

2．1．2 主要仪器设备

2．1．3 铁还原菌的特性及菌悬液的制备

2．2 铁还原菌对磺胺类抗生素耐药性测定

2．3 铁还原菌对磺胺类抗生素的降解特性试验

2．3．1 铁还原菌对磺胺类抗生素的降解动力学试验

2．3．2 不同初始浓度对铁还原菌降解磺胺类抗生素的影响试验

2．3．3 不同初始pH对铁还原菌降解磺胺类抗生素的影响试验

2．3．4 铁还原菌降解磺胺类抗生索混合物试验

2．4 金属异化还原过程对铁还原菌降解磺胺类抗生素的影响试验

2．4．2 其他重金属对铁还原菌降解磺胺类抗生素及Fe(Ⅲ)还原影响试验

2．5．1 磺胺类抗生素及降解产物的测定方法

2．5．2 铁的测定

2．5．3 砷的测定

2．5．4 数据处理

3 结果与分析

3．1 铁还原菌对磺胺类抗生素的耐药性

3．2 铁还原菌对磺胺类抗生素的降解特性

3．2．1 铁还原菌对磺胺类抗生素的降解动力学

3．2．2 不同初始浓度对菌株降解磺胺类抗生素的影响

3．2．3 不同初始pH对铁还原菌降解磺胺类抗生素的影响

3．2．4 铁还原菌降解磺胺类抗生素混合物

3．3 金属异化还原过程对铁还原菌降解磺胺类抗生素的影响

3．3．2 其他重金属对铁还原菌降解磺胺类抗生索及Fe(Ⅲ)还原影响

3．3．3 As(Ⅴ)还原对铁还原菌降解磺胺类抗生素的影响试验

3．4 磺胺类抗生素降解产物分析及降解途径

4．讨论

5．结论

参考文献

致谢

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在读期间发表的学术论文