鸡粪中雌激素污染物的检测及微生物降解

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环境雌激素对生物机体来说属于生物体外源物质,可以打破生物体自身的平稳状态,使得各个平稳运行的系统失去稳定状态。研究表明,摄入过量的雌激素可以导致女性乳腺癌、宫颈癌等肿瘤疾病的发病率明显增高,也可导致男性精液的体积的减少和精子浓度的降低。早在2003年,世界卫生组织就建议饮用水中雌激素的质量浓度不得高于1.0 ng·L-1。环境中的雌激素的产生途径十分广泛,其主要来源是化工、制药、农业、林业和畜牧业的集约化生产。现今畜牧业规模庞大,集约化生产模式所产生的大量禽畜粪便,很难得到规范化处理,使得其成为人们有待解决的污染源之一。因此,如何实现畜禽粪便的无害化处理和资源化利用,已成为国内外关注的热点之一。功能微生物具有高效降解污水和畜禽粪便中雌激素的优势,且可以有效降低环境雌激素污染风险,因此它已经被广泛关注。本文以检测鸡饲料和鸡粪中雌激素污染物并将其降解为目的,应用高效液相色谱法(HPLC)检测蛋鸡饲料和鸡粪中的雌激素污染物含量,采用天然菌株和基因改造的工程菌株开展雌激素污染物的生物降解研究。我们选择降解甾体化合物的优势菌株:睾丸酮丛毛单胞菌Comamonas testosteroni CT1和KF-1、弧菌Vibrio sp.H5、布丘氏菌Buttiauxella sp.S19-1、恶臭假单胞菌Pseudomonas putida LN12以及CT1的工程菌株Ca3、Cb7、M6、M2、Mact1、A3。我们通过对单一菌株及混合菌株降解雌激素能力的比较,获得降解效果最佳的菌株或菌群,并开展了降解条件的优化。本研究主要包括以下几个内容:1. 建立了雌激素HPLC的检测方法利用HPLC法,对雌激素进行测定,并使用10,20,30,40和50μmol·L-1等不同浓度的雌二醇(E2)标准品建立标准曲线。结果表明:E2在4.1 min被洗脱下来,出现吸收峰。其检测限(LOD)为8.2 ng·m L-1,定量限(QOD)为27.2 ng·m L-1,精密度RSD≤5%。2. 开展了蛋鸡鸡粪及蛋鸡饲料中雌激素的检测利用HPLC法对鸡粪及饲料的提取物进行分析,在蛋鸡鸡粪中检测到了E2(4.1 min)的吸收峰,根据标准曲线计算得到E2的含量高达230 ng·g-1,而饲料中并没有出现E2的吸收峰。3. 雌激素的甲基硅烷化处理与检验利用HPLC检测发现鸡粪提取物中的E2(4.1 min)吸收峰经甲基硅烷化后峰值变弱。有趣的是在2.8,3.0和3.2 min的吸收峰也几乎同时消失了。由此推论2.8,3.0和3.2 min的吸收峰可能是雌激素类似物的吸收峰或雌激素及类似物的中间代谢产物的吸收峰。4. 鸡粪中天然菌的降解作用我们将鸡粪在未接种的条件下培养10天与采集后立即提取的鸡粪的液相色谱图结果对比可见:当培养鸡粪10天后,样品中E2(4.1 min)的吸收峰消失了,在2.8和3.2 min处的吸收峰增大,而3.0 min吸收峰变小。我们推断在鸡粪中的一些天然菌株可能也在E2和雌激素类似物降解中起到了积极作用。我们结合甲基硅烷化处理结果进一步证明了:3.0min处吸收峰是雌激素类似物,2.8和3.2 min处吸收峰是雌激素代谢中间产物的结论。5. 不同菌株的降解效率比较研究通过对比11种单一菌株和混合菌群在相同条件下对雌激素的降解效率的差异,结果表明11种单菌及混合菌群均对雌激素具有降解作用,但降解效率有一定差异,混合菌群相对单一菌株对雌激素降解的效率更高。6. 雌激素生物降解条件的优化通过菌群优化E2降解因素的研究结果表明:在菌液浓度OD600nm=1.0,p H值为8.0,降解温度为27℃,降解时间为10天时,混合菌群对E2的降解效率为78.6%,达到最高值。综上所述:利用HPLC法在蛋鸡鸡粪中检测到了E2的存在,其含量为230 ng·g-1;蛋鸡饲料中并没有检测到E2的吸收峰,但在3.0 min出现了吸收峰。通过甲基硅烷化实验,证明了该吸收峰是一种雌激素类似物。同样,在蛋鸡鸡粪中也检验到了雌激素类似物。由此可知,蛋鸡饲料通过添加雌激素类似物的方式来提高蛋鸡产蛋量。本文通过未接种鸡粪培养10天前后比较了鸡粪中存在天然菌的降解作用。通过11个单一菌株和混合菌群对雌激素的降解效率比较,证明了菌群对雌激素降解效率最高。通过菌群降解E2的影响因素研究,结果表明:在p H值为8.0,降解温度为27℃,降解10天时,菌群对E2的降解效率达到最大值为78.6%。
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