[发明专利]蔗渣固定化棘孢曲霉及其在喹诺酮类抗生素污染修复中的应用

说明书

本发明公开了蔗渣固定化棘孢曲霉及其在喹诺酮类抗生素污染修复中的应用，采用蔗渣为固定化载体固定降解菌棘孢曲霉，蔗渣预先干燥，接种前再经过无机盐培养液预处理，菌悬液加无机盐培养液的混合液与蔗渣的用量比为10mL:1g，棘孢曲霉菌株Aspergillus‑438菌悬液与干燥蔗渣的用量比为0.2～5mL︰1g。蔗渣固定化棘孢曲霉可修复水中和土壤中喹诺酮类抗生素污染。本发明成本低，具有细菌密度大、反应速度快和耐环境冲击等特点，且作为载体廉价环保、无二次污染，在水体和土壤中喹诺酮类抗生素污染修复中具有很大的应用潜力，对保护生态环境、农业生产、人体健康有积极意义。

【技术领域】

本发明涉及蔗渣固定化棘孢曲霉及其在喹诺酮类抗生素污染修复中的应用，特别是在水体和土壤中的环丙沙星、诺氟沙星污染修复中的应用，属于固定化微生物生态修复技术领域。

【背景技术】

喹诺酮类抗生素是一种人工合成的人畜通用抗菌剂，属于吡酮酸衍生物。有抗菌谱广、抗菌活性强、与其他抗菌药物无交叉耐药性等特点，对多种耐药菌有较好的疗效，常被用作青霉素及头孢菌素替代药物治疗感染，在治疗人和动物细菌性感染疾病具有良好的效果，被广泛应用于动物疾病的治疗和预防，常作为畜禽饲料添加药物添加到动物饲料中。目前国内外使用较多的是第三代喹诺酮，又称氟喹诺酮Fluorquinolones(FQs)，其代表有环丙沙星(CIP)、诺氟沙星(NOR)、左氧氟沙星(LEV)、恩诺沙星等(ENR)、加替沙星(GAT)。

调查显示，2013年我国抗生素总使用量约为16.2万吨，其中氟喹诺酮使用量为25500吨，其使用量较大，并呈增长态势。喹诺酮类抗生素在动物体内代谢率较低，大多以原药或者其他代谢形式随粪便、尿液直接排到体外环境中，畜禽的排泄物是环境喹诺酮类抗生素污染的其中一个主要来源，排出后的喹诺酮类抗生素仍具有较高的生物活性。有研究对广东省20个规模化猪牛养殖场粪便进行检测分析，4种喹诺酮类抗生素和4种磺胺类抗生素均被检出，前者鲜重总含量在24.5～1516.2μg/kg之间，平均为581.0μg/kg，以环丙沙星和恩诺沙星为主。喹诺酮类抗生素在水中溶解度较低，且易与土壤中Ca²⁺、Mg²⁺等金属阳离子结合成稳定络合物，容易被土壤吸附而保留，环境中喹诺酮类抗生素的主要归趋为土壤。有研究对北京东南郊86个土壤样品中的氟喹诺酮类抗生素的含量进行统计分析，发现土壤样品中5种氟喹诺酮类抗生素总含量的平均值为46.1μg/kg。在避光自然条件下，氟喹诺酮类抗生素非常稳定，不易降解，其中环丙沙星的半衰期在一年以上，为462.1d，为持久污染物。未经处理的畜禽粪便作为有机肥直接施用于农田，具有持久性的喹诺酮类抗生素经雨水淋洗进入地表水和地下水中，于土壤中不断积累，致使土壤喹诺酮类抗生素污染加剧，对生态环境的稳定和生物体的健康造成威胁。土壤中的喹诺酮类抗生素可由植物富集、经食物链传递。近年来，喹诺酮类抗生素不仅在土壤、水体中检出，在蔬菜、肉蛋中检出的报导亦越来越多。有研究对珠三角地区蔬菜基地土壤中的抗生素进行检测分析发现，珠三角多市检出的有机蔬菜基地中喹诺酮类抗生素平均浓度为122.25μg/kg。从广州市超市采集来自广东、山东等地的各种蔬菜样品41份中检测发现，喹诺酮类抗生素的检出率在93％以上，诺氟沙星、环丙沙星和恩诺沙星的最高含量分别为148.92、108.11和85.19μg/kg。作为新型环境污染物，其污染修复技术受到了广泛关注。

喹诺酮类抗生素污染可以通过物理、化学或生物的方法来处理。物理方法工程量大，去除效果有限，包括物理吸附法、膜处理法等；去除难降解有机物时，化学法表现出良好效果，化学法包括光催化降解法、水解、电化学氧化法等，但化学方法添加的反应物或化学作用下产生的中间产物可能具有更强的毒性、更难降解；生物降解是去除环境污染物的一种有效的方式，包括活化污泥法、生物曝气法等。合适的微生物能利用目标污染物，通过一系列作用来使目标物代谢为二氧化碳和水等，该法安全、成本低且无二次污染，已引起国内外学者的广泛关注。

现有方法更多是关注喹诺酮类抗生素污染水体的修复，对土壤中喹诺酮类抗生素研究较少，或对土壤喹诺酮类抗生素处理效果不佳。很多研究所处理的抗生素浓度较低，与近年来喹诺酮类抗生素的检出浓度差距较大。