抗生素生物降解课件.ppt

1、抗生素抗生素生物降解生物降解精选版课件ppt2 抗生素是由微生物产生的在低浓度下能抑抗生素是由微生物产生的在低浓度下能抑制或灭杀其他微生物的一类化学物质。目前被广制或灭杀其他微生物的一类化学物质。目前被广泛使用的抗生素，按照化学结构可分为泛使用的抗生素，按照化学结构可分为 内酰胺类、内酰胺类、喹诺酮类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类、喹诺酮类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类、磺胺类等。磺胺类等。抗生素概述抗生素概述精选版课件ppt3抗生素的应用和危害抗生素的应用和危害 长期以来长期以来，抗生素被大量地用于人和动物的疾病抗生素被大量地用于人和动物的疾病治疗治疗，并以亚治疗剂量添加于动物饲料中

2、，以预防动并以亚治疗剂量添加于动物饲料中，以预防动物疾病和促进其生长。但绝大部分抗生素不能完全被物疾病和促进其生长。但绝大部分抗生素不能完全被机体吸收，约有机体吸收，约有90%90%的抗生素以原形或者代谢物形式的抗生素以原形或者代谢物形式经由病人和畜禽的粪经由病人和畜禽的粪,尿排入环境尿排入环境，经不同途径经不同途径 对土对土壤和水体造成污染。目前壤和水体造成污染。目前,抗生素污染问题已经被许抗生素污染问题已经被许多发达国家多发达国家(如欧盟和美国如欧盟和美国)列为重要的环境问题列为重要的环境问题，相关的基础研究正在迅速得到开展。相关的基础研究正在迅速得到开展。精选版课件ppt4抗生素的来源及

3、暴露途径抗生素的来源及暴露途径 由于抗生素主要用于医疗和畜牧由于抗生素主要用于医疗和畜牧,所以环境所以环境中的抗生素主要来源医用药物和农用药物两个中的抗生素主要来源医用药物和农用药物两个途途 径径。精选版课件ppt5医用抗生素主要来源医用抗生素主要来源经由病人粪便和尿液排出的处方抗生素经由病人粪便和尿液排出的处方抗生素 ；医院丢弃的过期抗生素医院丢弃的过期抗生素 ；残留在药瓶和器械上的抗生素残留在药瓶和器械上的抗生素 ；医药企业在生产过程流失的抗生素等。医药企业在生产过程流失的抗生素等。精选版课件ppt6 医用抗生素污染过程医用抗生素污染过程 经排泄物排出的抗生素、治疗中残留的抗生经排泄物排出

4、的抗生素、治疗中残留的抗生素以及制药企业流失的抗生素都会经过城市和医素以及制药企业流失的抗生素都会经过城市和医院的下水道进入到城市污水处理厂院的下水道进入到城市污水处理厂,由于现有的由于现有的污水处理技术很难将抗生素彻底清除污水处理技术很难将抗生素彻底清除,一部分抗一部分抗生素会随着处理后的废水进入土壤和水中生素会随着处理后的废水进入土壤和水中,而医而医院丢弃的过期抗生素会进人垃圾填埋场院丢弃的过期抗生素会进人垃圾填埋场,如果处如果处理不当理不当,会渗入会渗入 土壤或地下水中。土壤或地下水中。精选版课件ppt7农用药物来源途径农用药物来源途径动物养殖中兽药长期亚剂量使用后动物养殖中兽药长期亚剂

5、量使用后,经粪便和尿经粪便和尿液排出的抗生素液排出的抗生素 ；水产养殖中兽药的直接施用；水产养殖中兽药的直接施用；兽药生产过程损失和废弃的兽药。兽药生产过程损失和废弃的兽药。精选版课件ppt8 农用抗生素污染过程农用抗生素污染过程 动物粪便和尿液排出的抗生素随粪便被施动物粪便和尿液排出的抗生素随粪便被施入农田入农田,其其 中一部分直接渗入地下水中中一部分直接渗入地下水中,另一另一部分进入土壤部分进入土壤,经雨水淋洗进入河流或湖泊经雨水淋洗进入河流或湖泊 ;水产养殖中的抗水产养殖中的抗 生素施用后一部分直接进入生素施用后一部分直接进入 水体水体,另一部分被水底淤泥中所吸附另一部分被水底淤泥中所吸

6、附,存在于养存在于养殖场底泥中殖场底泥中;兽药生产兽药生产 中损失的抗生素会随着中损失的抗生素会随着废水经由下水道进入城市污水处理厂废水经由下水道进入城市污水处理厂,而废弃而废弃的兽药可能被的兽药可能被 当作垃圾填埋当作垃圾填埋,如果处理不当，如果处理不当，最终会进入土壤甚至地下水中。最终会进入土壤甚至地下水中。精选版课件ppt9 环境中抗生素残留的潜在风险环境中抗生素残留的潜在风险 抗生素在环境中的浓度普遍较低抗生素在环境中的浓度普遍较低,一般在一般在 g g/L L 级级,有的甚至低至有的甚至低至n g n g L L级级,但仍然可但仍然可能对环境存在风险。如某些能对环境存在风险。如某些

7、P O P s P O P s 物质物质,在环在环境中的浓度和抗生素相当境中的浓度和抗生素相当,但是它的雌激素效应却但是它的雌激素效应却造成人类生殖率降低造成人类生殖率降低,不孕症增加等。所以不孕症增加等。所以,对于对于之前由于其预期环境浓度较低而一直认为安全可之前由于其预期环境浓度较低而一直认为安全可靠的物质要引起重视靠的物质要引起重视,它们有可能对环境构成潜在它们有可能对环境构成潜在的威胁。的威胁。精选版课件ppt10潜在风险的主要表现潜在风险的主要表现(1)1)诱导耐药性细菌。诱导耐药性细菌。(2)(2)对环境中微生物产生影响。对环境中微生物产生影响。(3)(3)对植物生长发育产生影响。

8、对植物生长发育产生影响。(4)(4)食品和饮用水中抗生素对人类健康的威胁食品和饮用水中抗生素对人类健康的威胁。精选版课件ppt11 诱导耐药性细菌诱导耐药性细菌 大量的研究表明大量的研究表明,抗生素的使用能诱导病原菌产抗生素的使用能诱导病原菌产生耐药性生耐药性,特别是由于长期大剂量的在饲料中添加特别是由于长期大剂量的在饲料中添加抗生素抗生素,导致产生了一些能够抵抗强力抗生素的病导致产生了一些能够抵抗强力抗生素的病原菌原菌,这些病原菌珠的出现这些病原菌珠的出现,对人和动物的健康都对人和动物的健康都极具威胁极具威胁。另外另外，抗生素能够导致耐药基因的产抗生素能够导致耐药基因的产生生，而耐药基因又可

9、以在而耐药基因又可以在 同的细菌间传递，同的细菌间传递，一一旦这些耐药基因转移给致病菌旦这些耐药基因转移给致病菌，就更增加了对人就更增加了对人类健康的威胁。类健康的威胁。精选版课件ppt12对环境中微生物的影响对环境中微生物的影响 抗生素的作用就是抑制某类病菌的生长，在抗生素的作用就是抑制某类病菌的生长，在水体及土壤中不具耐药性的菌株被抗生素杀死水体及土壤中不具耐药性的菌株被抗生素杀死 ，而具耐药性的优势菌得以大量繁殖，因此长期低而具耐药性的优势菌得以大量繁殖，因此长期低浓度抗生素的存在对微生物群落有一定的影响，浓度抗生素的存在对微生物群落有一定的影响，并且该影响可通过食物链对高级生物发生作用

10、并且该影响可通过食物链对高级生物发生作用 ，从而破坏了生态系统的平衡。从而破坏了生态系统的平衡。精选版课件ppt13 对植物生长发育的影响对植物生长发育的影响 抗生素随动物的粪尿和城市污水施人农田，对抗生素随动物的粪尿和城市污水施人农田，对农田植物的生长发育产生影响。如农田植物的生长发育产生影响。如0 0.009 009-0 0.012mg012mgL L四环素的动物粪便对猩猩木的液体培养物产生四环素的动物粪便对猩猩木的液体培养物产生毒害；毒害；300300-900mg900mgL L的磺胺地索辛能明显抑制车前的磺胺地索辛能明显抑制车前草、玉米等作物的生长草、玉米等作物的生长,并在植物的根部和

11、叶中富并在植物的根部和叶中富集集,根部的浓度较高；土霉素和氯四环素减少了杂根部的浓度较高；土霉素和氯四环素减少了杂色豆植株的生节、鲜重，并影响其对钙色豆植株的生节、鲜重，并影响其对钙 、钾和镁钾和镁的吸收。而抗生素的吸收。而抗生素 对植物生长发育的影响与其化对植物生长发育的影响与其化学性质、使用剂量、土壤吸附能力及植物的品种有学性质、使用剂量、土壤吸附能力及植物的品种有关。关。精选版课件ppt14对人类健康的威胁对人类健康的威胁 抗生素长期作为添加剂大量用于畜牧生产，抗生素长期作为添加剂大量用于畜牧生产，导致抗生素在动物食品肉、蛋、奶中残留导致抗生素在动物食品肉、蛋、奶中残留,人食用人食用后后

12、,抗生素就会沿食物链传递到人抗生素就会沿食物链传递到人,一方面会引起一方面会引起人群的过敏反应人群的过敏反应,严重严重 时会造成食物时会造成食物 中毒中毒;另一另一方面方面,部部 分药物还具有致癌、致畸、致突变或激分药物还具有致癌、致畸、致突变或激素类作用素类作用,严重干扰人类各项生理功能严重干扰人类各项生理功能,威胁人类威胁人类健康。健康。精选版课件ppt15 抗生素一旦进入环境就会扩散到壤、抗生素一旦进入环境就会扩散到壤、水和空气中，一般会经过吸附、水解、水和空气中，一般会经过吸附、水解、光解和微生物降解一系列生物转化过程光解和微生物降解一系列生物转化过程 ，这些过程直接影响抗生素对环境的

13、生态毒这些过程直接影响抗生素对环境的生态毒性。性。抗生素在环境中的归趋抗生素在环境中的归趋精选版课件ppt16吸附吸附 吸附反映了抗生素与水体有机质或土吸附反映了抗生素与水体有机质或土壤沉积物的相互作用壤沉积物的相互作用，并可预测抗生素对并可预测抗生素对环境的影环境的影 响程度。一般来说响程度。一般来说，吸附能力强吸附能力强的抗生素的抗生素，在环境中较稳定在环境中较稳定，容易积蓄容易积蓄；部分抗生素不与固相物质结合部分抗生素不与固相物质结合 ，吸附能吸附能力较弱力较弱，在淋洗作用下很容易被淋洗到附在淋洗作用下很容易被淋洗到附近的河流中近的河流中，到达水环境到达水环境，进而对地下水进而对地下水构

14、成威胁。抗生素的吸附能力因其化学结构成威胁。抗生素的吸附能力因其化学结构构 、理化性质、土壤类型和环境条件的不、理化性质、土壤类型和环境条件的不同而不同。同而不同。精选版课件ppt17降解 抗生素在环境抗生素在环境 中可能发中可能发生水解、光降解和微生物降解生水解、光降解和微生物降解等一系列降解反应等一系列降解反应，但视环境但视环境条件的不同，抗生素会发生一条件的不同，抗生素会发生一种或多种降解反应。一般来种或多种降解反应。一般来说说 ，降解过程会降低抗生素降解过程会降低抗生素 的药效的药效，但有些抗生素的降解但有些抗生素的降解产物可能比抗生素本身的毒性产物可能比抗生素本身的毒性还强。还强。精

15、选版课件ppt18 水解水解是水体中抗是水体中抗 生素降解的一种重要方式生素降解的一种重要方式，六大类主要抗生素中内酰胺类六大类主要抗生素中内酰胺类、大环内酯类和磺大环内酯类和磺胺类抗生素易水解胺类抗生素易水解，但是大环内酯类和磺胺类抗但是大环内酯类和磺胺类抗生素在中性生素在中性pHpH值条件下水解很慢。值条件下水解很慢。光降解光降解是在能接受到光照的水体表层中的抗生是在能接受到光照的水体表层中的抗生素降解的另一种重要途径，素降解的另一种重要途径，喹诺酮类和四环素类喹诺酮类和四环素类抗生素比较容易发生光降解。抗生素比较容易发生光降解。生物降解生物降解是在有生物的作用下发生的降解反应是在有生物的

16、作用下发生的降解反应，它也是抗生素降解的主要方式。它也是抗生素降解的主要方式。精选版课件ppt19抗生素的生物降解抗生素的生物降解 生物降解是抗生素在环境中降解的最重要的生物降解是抗生素在环境中降解的最重要的途径。被生物降解的抗生素，可能转化为生物体途径。被生物降解的抗生素，可能转化为生物体的组成部分或是最终转化为没有生物毒性的无机的组成部分或是最终转化为没有生物毒性的无机或有机小分子或有机小分子。生物降解主要有植物降解和微生生物降解主要有植物降解和微生物降解两种方式物降解两种方式 。精选版课件ppt20植物降解植物降解机制机制 植物具有庞大的叶冠和根系植物具有庞大的叶冠和根系,在水体或土壤中

17、与在水体或土壤中与环境之间进行着复杂的物质交换和能量交换环境之间进行着复杂的物质交换和能量交换,在维持在维持生态环境的平衡中起着重要作用生态环境的平衡中起着重要作用。植物修复受污染植物修复受污染 的水土环境主要有的水土环境主要有3 3种机制：种机制：植物直接吸收有机污染物后转移或分解；植物直接吸收有机污染物后转移或分解；植物释放分泌物和特定酶降解土壤环境中的有机污植物释放分泌物和特定酶降解土壤环境中的有机污染物；染物；植物促进根际微生物对土壤环境中有机污染物的吸植物促进根际微生物对土壤环境中有机污染物的吸收或利用转化。收或利用转化。精选版课件ppt21植物降解植物降解 被植物直接吸收的污染物主

18、要有被植物直接吸收的污染物主要有:氮、磷等植氮、磷等植物营养物质；对水生生物有毒害作用的某些重金物营养物质；对水生生物有毒害作用的某些重金属和有机物等。第一类是被吸收后用以合成植物属和有机物等。第一类是被吸收后用以合成植物 自身自身 的结构组成物质，第二类则是脱毒后储存于的结构组成物质，第二类则是脱毒后储存于体内或在植物体内被降解。氟喹诺酮类、磺胺类体内或在植物体内被降解。氟喹诺酮类、磺胺类和氯四环素等可直接被植物吸收。和氯四环素等可直接被植物吸收。精选版课件ppt22 微生物降解是现阶段处理抗生素污染微生物降解是现阶段处理抗生素污染的最理想的方法的最理想的方法。光合菌、乳酸菌、放线光合菌、乳

19、酸菌、放线菌、菌、酵母菌、发酵丝状菌、芽孢杆菌、枯酵母菌、发酵丝状菌、芽孢杆菌、枯草杆菌、草杆菌、硝化细菌硝化细菌 、酵母等都具有抗生、酵母等都具有抗生素的降解功能。素的降解功能。微生物降解微生物降解精选版课件ppt23抗生素生产废水好氧处理工艺抗生素生产废水好氧处理工艺精选版课件ppt24厌氧处理厌氧处理 厌氧处理高浓度的有机废水是较可行的厌氧处理高浓度的有机废水是较可行的方方，与好氧处理相比，厌氧法在处理高浓度与好氧处理相比，厌氧法在处理高浓度有机废水方面通常有以下优点：有机废水方面通常有以下优点：有机负荷高；有机负荷高；污泥产率低，产生的生物污泥易于脱水污泥产率低，产生的生物污泥易于脱水

20、；营养物需要量少；营养物需要量少；不需要曝气，能耗低；不需要曝气，能耗低；可以产生沼气、回收能源：可以产生沼气、回收能源：对水温的适宜范围较广；对水温的适宜范围较广；活性厌氧污保存时间长。活性厌氧污保存时间长。精选版课件ppt25抗生素生产废水厌氧处理工艺抗生素生产废水厌氧处理工艺精选版课件ppt26厌氧好氧生物处理组合工艺厌氧好氧生物处理组合工艺 在实际废水处理中，由于单独好氧处理或单独在实际废水处理中，由于单独好氧处理或单独厌氧处理都存在自身难以克服的缺点而难以满足出水达标厌氧处理都存在自身难以克服的缺点而难以满足出水达标排放的要求。因而从排放的要求。因而从8080年代开始，厌氧好氧生物处

21、理组合年代开始，厌氧好氧生物处理组合工艺逐渐成为主导工艺。采用厌氧好氧工艺不仅克服了好工艺逐渐成为主导工艺。采用厌氧好氧工艺不仅克服了好氧工艺的高能耗、高运转费用及稀释水量大等特点，也克氧工艺的高能耗、高运转费用及稀释水量大等特点，也克服了厌氧处理出水不能达标排放的缺点，在经济和技术上服了厌氧处理出水不能达标排放的缺点，在经济和技术上都是可行的。都是可行的。精选版课件ppt27抗生素生产废水厌氧好氧生物抗生素生产废水厌氧好氧生物组合处理工艺组合处理工艺精选版课件ppt28微生物降解机理微生物降解机理 抗生素的微生物降解是指在微生抗生素的微生物降解是指在微生物作用下，使抗生素残留物的结构发生物作

22、用下，使抗生素残留物的结构发生 改变，从而引起其化学和物理性质发生改变，从而引起其化学和物理性质发生改变，即通过将抗生素残留物从大分子改变，即通过将抗生素残留物从大分子化合物降解为小分子化合物，最后成为化合物降解为小分子化合物，最后成为 H H2 2O O和和COCO2 2。实现对环境污染的无害化处理。实现对环境污染的无害化处理的过程的过程，其中耐药细菌起最重要的作用。其中耐药细菌起最重要的作用。精选版课件ppt29耐药菌的作用机制耐药菌的作用机制 耐药菌直接破坏和修饰抗生素而使其失活，包耐药菌直接破坏和修饰抗生素而使其失活，包括水解、基团转移和氧化还原括水解、基团转移和氧化还原3 3种机制种

23、机制.许多抗生素含许多抗生素含 有易水解的敏感化学键有易水解的敏感化学键(如酯键和酰胺键如酯键和酰胺键)，耐药耐药菌含有消除这些脆弱化学键的酶而摧毁这些抗生素的菌含有消除这些脆弱化学键的酶而摧毁这些抗生素的 活性。这其中主要的一类酶是可以消除青霉素和头活性。这其中主要的一类酶是可以消除青霉素和头 孢菌素类药物内酰胺环的酰胺酶。另外，还有与大环孢菌素类药物内酰胺环的酰胺酶。另外，还有与大环内酯类药物耐药性有关的酯酶及磷霉素耐药性有关的内酯类药物耐药性有关的酯酶及磷霉素耐药性有关的开环环氧化酶开环环氧化酶 。精选版课件ppt30耐药菌的基因转移作用耐药菌的基因转移作用 基团转移有多种途径基团转移有

24、多种途径 ，包括包括 ：乙酰基转移修饰乙酰基转移修饰 。通过对羟基或酰胺基等。通过对羟基或酰胺基等活泼基活泼基 团的共价修饰导致化合物失去靶点团的共价修饰导致化合物失去靶点结合能力从而失结合能力从而失 活。乙酰转移是细菌使抗活。乙酰转移是细菌使抗生素失活的常用机制生素失活的常用机制 ，见于氨基糖苷类抗见于氨基糖苷类抗生素。生素。磷酸化磷酸化 。氨基糖苷类，。氨基糖苷类，大环内酯类的红霉大环内酯类的红霉素和肽类抗生素硫酸酯霉可通过这素和肽类抗生素硫酸酯霉可通过这 种机制种机制降降精选版课件ppt31基因转移作用基因转移作用精选版课件ppt32影响微生物降解的因素影响微生物降解的因素(1)p H(

25、1)p H、水分和温度水分和温度 。(2)(2)氧气氧气 。(3)(3)环境介质。环境介质。(4)(4)环境中其他抗生素的存在。环境中其他抗生素的存在。精选版课件ppt33P H、水分和温度水分和温度 环境的酸碱度和温度影环境的酸碱度和温度影 响微响微生物对营养物质的吸收和生长代谢生物对营养物质的吸收和生长代谢 ，进进而改变微生物的生长状况。对大多数细菌而改变微生物的生长状况。对大多数细菌而言，而言，p H p H 为为 6 6 5 5 8 8 5 5，温温度为度为 25 254 54 5时有较高的生物活性。时有较高的生物活性。微生物进行代谢活动时需要有足够的水分。微生物进行代谢活动时需要有足

26、够的水分。微生物的呼吸方式不同对水分的需求也不微生物的呼吸方式不同对水分的需求也不一样。在海洋、一样。在海洋、淡水和含水层中，淡水和含水层中，微生微生物不会因缺水而受到限制物不会因缺水而受到限制 ，但在土壤中但在土壤中的水分有时会成为限制因素。的水分有时会成为限制因素。精选版课件ppt34氧气氧气 微生物具有好氧、微生物具有好氧、厌氧厌氧 、兼性好氧多兼性好氧多 种代谢途径，种代谢途径，微生物可以在好氧或厌氧的条件下都微生物可以在好氧或厌氧的条件下都 可以发挥作用。环境中需可以发挥作用。环境中需 氧菌生长速度快氧菌生长速度快 ，降解作降解作 用明显用明显 。人们在处理抗生素废水时。人们在处理抗

27、生素废水时 ，常采用活性污常采用活性污 泥法泥法 、固定床生物膜法、固定床生物膜法、生物流化床法和生物转盘生物流化床法和生物转盘法法 等好氧降解法等好氧降解法 。精选版课件ppt35环境介质环境介质 环境中抗生素常被其他介质如土壤包被，环境中抗生素常被其他介质如土壤包被，这些介质影响着抗生素与微生物的接触这些介质影响着抗生素与微生物的接触 和微和微生物的生长状态。生物的生长状态。固定化颗粒半径愈小固定化颗粒半径愈小 ，降解速度愈快降解速度愈快 。在固定化颗粒内，。在固定化颗粒内，氧浓度氧浓度随着颗粒半径的减少而迅速下降随着颗粒半径的减少而迅速下降 ；当颗粒半；当颗粒半径为径为 3 mm 3 m

28、m时时 ，粒子中心的粒子中心的0 mm0 mm0 0.8 mm8 mm范围内的微生物处于缺氧状态甚至厌氧状态。范围内的微生物处于缺氧状态甚至厌氧状态。精选版课件ppt36环境中其他抗生素的存在环境中其他抗生素的存在 在同一区域往往不只受一种抗生素的污染在同一区域往往不只受一种抗生素的污染 。如养。如养殖场殖场 、医院附近环境中，医院附近环境中，常同时存在多种抗生素。这常同时存在多种抗生素。这些抗生素能够抑制或杀死具有降解作用的微生物些抗生素能够抑制或杀死具有降解作用的微生物,从而抑从而抑制其它抗生素的降解。制其它抗生素的降解。精选版课件ppt37 抗生素的环境污染及其生态毒理效应已成为我抗生素

29、的环境污染及其生态毒理效应已成为我国乃至全球所面临的重大环境问题之一。我国是一国乃至全球所面临的重大环境问题之一。我国是一 个农业化大国，个农业化大国，畜禽养殖业由分散式快速畜禽养殖业由分散式快速 向集约向集约化迈进，化迈进，因此而导致畜禽粪便因此而导致畜禽粪便 的年产量不断增长，的年产量不断增长，抗生抗生 素对环境的污染可能比世界其他各国更为严素对环境的污染可能比世界其他各国更为严重重，但但 在我国这些问题还没有引起足够重视。人在我国这些问题还没有引起足够重视。人们对抗生素的降解作用研究们对抗生素的降解作用研究，基本上还只停留在基本上还只停留在实验室水平，实验室水平，且研究方式比较单一，且研究方式比较单一，不能综合考不能综合考虑各种环境因素。虑各种环境因素。随着人们对随着人们对 自身问题的越来越自身问题的越来越关注，关注，通过探讨抗生素在环境中的降解作用来寻求通过探讨抗生素在环境中的降解作用来寻求降低环境中抗生素污染的方法降低环境中抗生素污染的方法，必将成为未来的必将成为未来的一个重要研究方向。一个重要研究方向。精选版课件ppt38关注环境抗生素污染关注环境抗生素污染加快研究抗生素降解技术加快研究抗生素降解技术构建美好的明天！构建美好的明天！