科创中国

行业领域

农、林、牧、渔业

需求背景

城市近郊菜场是城镇居民蔬菜供给的重要产地,含有抗生素残留有机粪肥的大量使用,加剧了土壤抗生素的污染水平,含量甚至高达mg/kg级别,其输入量不亚于农药施用量,给土壤生态功能、肥力水平以及人类健康造成严重威胁,已成为我国乃至全球所面临的新的重大环境问题。抗生素进入环境会对生物、生态系统及人类健康造成深远的影响,如何去除抗生素的残留已引起各国广泛的关注与研究。抗生素污染的处理方法主要分为非生物降解和生物降解两种。与其他处理方法相比,利用微生物处理抗生素残留物具有高效简便、经济实用、安全可靠、不会引起二次污染的特点,是目前最为经济有效的方法,主要包括单一菌株处理、复合菌系处理和固定化微生物处理等。 已有报道显示光合菌、乳酸菌、放线菌、酵母菌、发酵丝状菌、芽胞杆菌和硝化细菌等都具有降解抗生素的功能。使用单一微生物降解抗生素是一种高效无污染的绿色手段,可以进一步寻找更为有效的抗生素降解菌。但以上研究多停留在实验室研究阶段,缺少应用于自然环境中的实际成果。由于污染土壤自然环境因子复杂多样,单一微生物降解抗生素对外界环境条件的适应性存在一定局限,利用复合菌系是提高复杂环境中抗生素降解效率的有效手段。目前国外多为物理化学方法、堆肥工艺等,罕有报道能够降解抗生素的单一微生物菌株及复合生物技术。而且以往传统的单一处理方法已很难解决日益复杂的环境问题,需要越来越多的生物组合处理技术。筛选高效抗生素降解菌株,研发复合微生物制剂,探寻新型治理技术或方法已成为当前抗生素污染降解研究的热点。

需解决的主要技术难题

主要针对城市近郊菜场突出的土壤抗生素污染问题,依托“中国农业科技华南创新中心”和“农业部南方植物营养与肥料重点实验室”,采用前期菌种资源快速筛选模型与实践,高通量筛选获得一批具有自主知识产权的高效降解抗生素的微生物菌株,并采用常规诱变、细胞融合技术和基因改造技术等方法对现有酰胺醇类、四环素类抗生素降解菌恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida. XP12)、芽孢杆菌(Bacillus. XP6)、不动杆菌(Acinetobacter. TPH-9)、埃希氏菌(Escherichia. XP15)进行种质材料改造,提高了降解菌株种质的效能,利用菌种配伍、营养配比、固定化材料优选等手段,研制高效降解抗生素的复合微生物制剂,利用GFP(绿色荧光蛋白)和Lux(发光酶)基因标记,解析在自然环境中影响降解菌定殖增殖能力的关键因子。

期望实现的主要技术目标

菌株,并采用常规诱变、细胞融合技术和基因改造技术等方法对现有酰胺醇类、四环素类抗生素降解菌恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida. XP12)、芽孢杆菌(Bacillus. XP6)、不动杆菌(Acinetobacter. TPH-9)、埃希氏菌(Escherichia. XP15)进行种质材料改造,提高了降解菌株种质的效能,利用菌种配伍、营养配比、固定化材料优选等手段,研制高效降解抗生素的复合微生物制剂,利用GFP(绿色荧光蛋白)和Lux(发光酶)基因标记,解析在自然环境中影响降解菌定殖增殖能力

需求解析

解析单位：“科创中国”乡村振兴（自然资源价值保育）科技服务团（中国国土经济学会） 解析时间：2022-11-08

柳忠勤

中国国土经济学会

理事长

综合评价

抗生素的广泛使用导致其在环境中普遍存在，所引发的抗性基因问题已对全球公共卫生构成重大威胁。土壤是环境中抗生素的重要汇，抗生素暴露会对土壤生物带来危害，甚至会间接对人体健康造成潜在风险，因此需采取有效手段修复抗生素污染的土壤。文中综述了抗生素对土壤植物表型生长指标、土壤动物生理特征及群落分布、微生物群落组成与功能的影响，以及抗生素抗性基因在土壤生物间的传播风险等；总结了利用耐受土壤植物、动物、微生物以及其互作关系修复抗生素污染土壤的潜力与前景，指出了已有土壤中抗生素环境风险和生物修复研究中尚存在的问题，展望了未来的研究方向。 土壤是环境中抗生素的重要汇。已有大量研究表明，抗生素会对土壤植物、动物及微生物造成环境风险，包括影响植物的生长，改变土壤动物的生理特性，给微生物带来选择压力，诱发抗性基因在微生物、土壤植物和动物间的产生、表达和传递。土壤中的抗生素会对植物、土壤动物和微生物带来危害，但同时利用耐受的生物可以实现对土壤中抗生素的去除。生物修复是利用植物、动物或微生物等直接降解或富集污染物以便进一步处置，从而达到清除或治理污染的目的。相较于物理化学方法，利用生物方法修复抗生素污染土壤更加

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