磺胺甲基异恶唑的好氧生物降解研究现状

磺胺甲基异恶唑是广泛应用的抗生素,属于药品及个人护理品（Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs）污染物的典型代表物质.近年来,该物质在环境中的检出率逐渐增加,成为了一种新兴污染物,对人体及生态环境造成危害.磺胺甲基异恶唑具有难于生物降解的特性,然而目前在好氧条件下,利用生物方法处理该物质已初见成效,它将成为今后的研究热点.本文对磺胺甲基异恶唑的好氧生物降解研究现状进行了系统的综述,包括具有降解该物质能力的微生物类群、该物质好氧降解的影响因素及降解产物分析,在此基础上提出了磺胺甲基异恶唑好氧生物降解未来进一步研究的方面.     

生物炭颗粒的分级提取、表征及其对磺胺甲噁唑的吸附性能研究

以玉米秸秆为原料,在不同温度条件下(300~600℃)制备生物炭,并对生物炭进行粒径分级(50~250μm,5~50μm,1~5μm,1.0μm).通过比表面积测定仪、透射电镜、纳米粒度仪、X射线光电子能谱对不同粒径生物炭的理化特性进行表征;并以粗粒径(50~250μm)生物炭为对照,探讨生物炭胶体颗粒对典型有机污染物磺胺甲噁唑(SMX)的吸附性能.结果表明:生物炭胶体颗粒比粗粒径生物炭具有更大的比表面积以及更发达的微孔结构,且随着制备温度的升高,生物炭胶体颗粒的比表面积和孔容提高更加显著;生物炭胶体颗粒表面含有更多的含氧官能团以及矿质元素;生物炭胶体颗粒对SMX的等温吸附曲线能够用Freundlich吸附方程较好地拟合,表明吸附过程可能为异质性表面吸附,且吸附能力显著强于粗粒径生物炭.以上结果表明,生物炭胶体颗粒具有独特的理化特性,因而在环境中可能参与更多的生物地球化学过程;此外,其对有机污染物具有更强的吸附能力,加之较强的迁移特性,很有可能作为载体促进污染物在水土环境中的迁移转化.因此,在充分利用生物炭改土固碳的同时,有必要关注其可能引起的环境风险.     

磺胺甲恶唑在三种湿地基质中的吸附特性研究

研究了磺胺甲恶唑(SMX)在3种人工湿地基质中的吸附特性。结果表明:吸附动力学过程符合一级动力学和二级动力学模型,但不符合粒子内扩散模型,该过程是包括物理和化学吸附的表面扩散过程;等温吸附过程中,基质的吸附量和溶液剩余量均随着SMX投加量的增加而增加,该过程属于物化单分子层吸附;吸附量随温度的变化过程实质是从物理吸附到化学吸附并最终达到吸附平衡的过程;酸性或碱性条件不利于SMX的吸附,最大吸附量点在溶液p H值为7时,偏离理论等电点;SEM从微观角度表征了3种基质对SMX产生了有效吸附。     

Effects of environmental factors on sulfamethoxazole photodegradation under simulated sunlight irradiation: Kinetics and mechanism

To advance the knowledge of the environmental fate of sulfamethoxazole (SMX), we systematically investigated the effects of natural water constituents and synthetic substances (i.e., TiO₂ nanoparticles (nTiO₂) and Ti-doped β-Bi₂O₃ (NTB)) on the photodegradation kinetics of SMX under xenon lamp irradiation. The photolysis of SMX in aqueous solution followed first-order kinetics. Our results showed that higher concentrations of SMX, fulvic acid, suspended sediments, NTB and higher pH value decreased the photodegradation rates of SMX, whereas H₂O₂ improved the SMX photodegradation. TiO₂ nanoparticles had a dual effect on photodegradation due to their photocatalytic activity and photoabsorption of photons. No intermediates more toxic toward Vibrio fischeri than SMX were produced after direct photolysis and photocatalytic degradation for 3 hr. The photolysis of SMX involved three pathways: hydroxylation, cleavage of the sulfonamide bond, and fragmentation of the isoxazole ring. This study lays the groundwork for a better understanding of the environmental fate of SMX.     

磺胺甲(口恶)唑污染土壤中微生物群落结构与抗生素抗性基因的分布特征

采用盆栽实验模拟磺胺甲■唑污染,通过Illumina高通量测序研究了土壤微生物群落组成的变化,应用普通PCR和微滴数字PCR技术分析了6种抗生素抗性基因的64个抗性基因亚型的分布特征.结果表明,土壤受不同浓度磺胺甲■唑污染120 d后,土壤真菌的多样性无明显变化(P0.05),但土壤细菌的多样性显著降低了(P0.05),土壤细菌和真菌群落结构均发生显著改变,且不同浓度磺胺甲■唑处理土壤的优势细菌与真菌在属水平上存在明显差异.磺胺甲■唑污染使土壤中抗生素抗性基因的多样性增加,且能显著提高磺胺抗性基因sul1的丰度(P0.05),但对磺胺抗性基因sul2、喹诺酮抗性基因floR与cmlA 1、四环素抗性基因tet(34)、tetG 2、tetG 1、tetM与tetA/P的丰度均无显著性影响(P0.05).     

OFL和SMX单一及复合胁迫对食蚊鱼仔鱼的毒性影响

抗生素在水环境中持续存在,其单一与复合胁迫对水生生物的毒性效应可能具有不同特征。该研究以典型抗生素氧氟沙星(OFL)和磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象,基于病理损伤(H&E染色)、氧化损伤(抗氧化酶活性及相关基因表达变化),探究不同剂量OFL和SMX单一及复合暴露对食蚊鱼初孵仔鱼的毒性效应。结果表明:OFL、SMX (0.05、1、20μg/L)单一及复合暴露10 d后,仔鱼肝脏出现组织损伤,OFL单一暴露诱导的肝脏损伤大于SMX单一暴露组,二者联合暴露加剧了鱼体的肝脏损伤。联合作用增强了OFL和SMX对SOD、CAT酶活性及sod2、cat基因表达的影响,但减弱了其对GST酶活性及gst基因表达的影响。相比hsp70基因,仔鱼hsp90基因对OFL、SMX暴露的响应更灵敏。OFL、SMX单一及联合暴露诱导仔鱼生长异常,破坏了鱼体抗氧化系统的平衡,导致组织损伤。研究从组织和分子层面共同探究了抗生素单一及复合胁迫对鱼类的毒性效应,可为混合抗生素的生态风险评估和安全应用提供科学依据。     

紫外老化微塑料衍生DOM理化特性及其与磺胺嘧啶、铜的络合机制

微塑料在老化过程中所释放的溶解性有机质(MPDOM)可与有机污染物、重金属等污染物发生络合反应,影响污染物的迁移转化.选取聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚苯乙烯(PS)两种微塑料,利用荧光猝灭法及多种光谱分析技术和方法,同时结合Ryan-Weber模型,探究了MPDOM的光谱特性以及MPDOM与磺胺嘧啶(SDZ)、铜离子(Cu²⁺)的络合机制.紫外-可见吸收光谱分析结果表明,老化后两种MPDOM的相对分子量减小、芳香性及腐殖化程度增加,芳环上的羧基、羰基、羟基及酯类取代基增多.MPDOM与SDZ、 Cu²⁺的荧光猝灭均属于静态猝灭,猝灭后两种MPDOM的芳香性和腐殖化程度相近,相对分子质量相当.三维荧光光谱结合平行因子分析法共鉴定出两种类腐殖质组分和一种类蛋白质组分.同步荧光光谱分析结果表明,两种MPDOM均以类蛋白组分优先与SDZ发生反应,与Cu²⁺反应时更为敏感.结合Ryan-Weber模型可知,两种猝灭体系均以类腐殖质组分与PET-DOM的结合能力更高,但总体来说SDZ猝灭体系中MPDOM的结合能力要强于Cu     

磺胺甲噁唑对序批式生物反应器脱氮性能及微生物群落的影响

研究了长期暴露条件下磺胺甲噁唑(SMX)对序批式生物反应器(SBR)脱氮性能及微生物群落的影响。结果表明:长期暴露于6 mg/L的SMX环境中,SBR对有机物和NH₄+-N的去除无明显变化。COD的平均去除率为(92.57±0.92)%,NH₄+-N的平均去除率达到(98.71±0.34)%;NO₂--N和NO₃--N的出水浓度随运行时间的增加而升高;在第104天时反应器比耗氧速率(SOUR)、比氨氧化速率(SAOR)、比亚硝酸盐氧化速率(SNOR)、比硝酸盐还原速率(SNRR)和比亚硝酸盐还原速率(SNIRR)较添加SMX前分别下降了23.33%、24.47%、28.29%、14.97%和15.81%。SMX的存在致使胞外聚合物(EPS)、松散型胞外聚合物(LB-EPS)和紧密型胞外聚合物(TB-EPS)及其中的蛋白质(PN)和多糖(PS)含量随运行时间的增长而增加,PN/PS呈上升趋势。活性氧(ROS)的生成量和乳酸脱氢酶(LDH)的释放量随运行时间的增长而增加。6 mg/L的SMX可使活性污泥微生物群落的丰富度降低,多样性升高,降低了变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)的相对丰度,从而影响了SBR的脱氮性能。     

抗生素磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在土壤中的淋溶行为研究

农业生产中畜禽粪污还田会将残留的抗生素带入农田土壤,并能通过淋溶作用迁移至深层土壤最终进入地下水. 该研究采用模拟土壤柱淋溶试验方法,研究了2种磺胺类抗生素——磺胺嘧啶(sulfadiazine,SDZ)和磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMX)在农田土壤中的淋溶行为,以及表层土抗生素含量、淋溶液pH和有机质对各土柱剖面SDZ和SMX残留水平的影响. 结果表明:①不同表层土抗生素含量下,SDZ和SMX在供试土壤中均呈向下迁移的趋势,但淋溶结束后上层土壤中二者含量明显高于下层,土柱各层抗生素的含量随表层土抗生素含量的增加而增加. ②淋溶液pH为3.00和5.00时,各层土壤中SDZ和SMX的含量均高于淋溶液pH为7.00时. 淋溶液pH较高时两种磺胺类抗生素多以阴离子形态存在,会与带负电荷的土壤颗粒产生静电斥力而易于向下迁移;随着淋溶液pH的降低,两种磺胺类抗生素阴离子形态占比减少,上层土壤中保留的抗生素含量变高,向下迁移的能力减弱. ③粪便添加组上层土壤中SDZ和SMX的含量明显高于未添加组,抗生素向下迁移的能力减弱,这与有机质的添加使得上层土柱吸附能力增强有关. 通过模型模拟,SDZ和SMX的地下水污染指数分别为3.50和4.45,均大于2.8,表明在供试土壤中这2种磺胺类抗生素的淋溶迁移性较强. 研究显示,淋溶试验结果与模型模拟结果一致,表明SDZ和SMX对地下水存在潜在污染风险.      

固相萃取-高效液相色谱法同时测定水体中的10种磺胺类抗生素

建立了一种采用固相萃取-高效液相色谱法同时测定水体中10种磺胺类抗生素的方法.样品经自制PEP固相萃取小柱富集净化、乙腈-二氯甲烷(2∶1,体积比)洗脱后,用高效液相色谱-紫外检测器测定.检测波长λ=268 nm,柱温33℃,流动相为乙腈-0.4%乙酸/水(体积比),采用梯度洗脱程序,实现了10种待测组分的基线分离,线性范围为10～2 000μg.L-1.去离子水和实际水样的加标回收率范围分别为73.4%～95.6%和70.2%～92.5%(磺胺除外,分别为8.5%和8.0%).整个分析方法的检出限为1.42～7.25 ng.L-1.应用此方法对上海市黄浦江部分河段江水、崇明岛地表水及地下水的测定表明在这几种不同水体环境中,不同频率地检出了磺胺类药物,浓度范围为13.3～241.5 ng.L-1,从而证明该方法具有快速简便、灵敏高效等优点,可满足实际工作的需要.