當(dāng)畜禽糞肥中的四環(huán)素污染成為農(nóng)田生態(tài)潛在隱患，一群經(jīng)過定向馴化的微生物菌群正成為破解難題的“生態(tài)衛(wèi)士”。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測所農(nóng)田有機(jī)污染生物消減創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的最新研究發(fā)現(xiàn)，通過強(qiáng)化菌群種間電子傳遞，可將四環(huán)素降解效率提升至92%，為抗生素污染的綠色修復(fù)提供了新技術(shù)路徑。相關(guān)成果近日發(fā)表于國際期刊《危險(xiǎn)材料學(xué)報(bào)》。
在我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；l(fā)展背景下，四環(huán)素類抗生素因抗菌譜廣、成本低廉被廣泛使用。然而，當(dāng)含有抗生素的畜禽糞肥施入農(nóng)田，殘留的四環(huán)素不僅會(huì)抑制土壤微生物活性，還可能通過食物鏈富集，威脅生態(tài)安全與人體健康?！皞鹘y(tǒng)處理方法面臨效率低、成本高、易產(chǎn)生二次污染等難題，而微生物電化學(xué)技術(shù)因高效、綠色的特性，成為國際前沿研究方向。”但團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家、研究員李曉晶說，“如何強(qiáng)化系統(tǒng)中微生物的協(xié)同作用，一直是制約技術(shù)落地的關(guān)鍵瓶頸。”
為攻克這一難題，團(tuán)隊(duì)以從污染農(nóng)田中篩選的厭氧菌群為材料，歷經(jīng)180天定向馴化，構(gòu)建了具有高效電子傳遞能力的微生物群落。實(shí)驗(yàn)表明，在初始四環(huán)素濃度5毫克/升的條件下，強(qiáng)化定向電子傳遞的微生物電化學(xué)系統(tǒng)可使四環(huán)素降解率達(dá)到 92%，較未優(yōu)化的對(duì)照組提升2.7倍。
“這相當(dāng)于給菌群搭建了一條‘電子高速公路’。”論文通訊作者、團(tuán)隊(duì)副研究員葉會(huì)科解釋，經(jīng)定向馴化后，佩特里單胞菌、擬桿菌、鞘氨醇桿菌等優(yōu)勢菌種形成了緊密的電子傳遞網(wǎng)絡(luò)。其中，過氧化氫酶活性被顯著激活，最高達(dá)對(duì)照組的4倍，這種酶與四環(huán)素分子具有極強(qiáng)的親和力，能像“剪刀”一樣精準(zhǔn)切斷四環(huán)素的分子結(jié)構(gòu)，加速其分解。
顯微鏡觀察顯示，馴化后的菌群形成了獨(dú)特的三維聚集體，菌膠團(tuán)表面分布著大量納米級(jí)導(dǎo)電菌毛，如同“生物電線”般高效傳導(dǎo)電子。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化使電子傳遞效率提升 300%，為四環(huán)素降解提供了強(qiáng)大的能量支持。
