青霉素菌渣肥的制备及其土壤施肥的环境安全性研究
发布时间：2022-07-01 10:58
青霉素菌渣是青霉素在发酵生产过程中产生的一种废渣。虽然青霉素菌渣富含有机质及氮磷钾等营养元素,但是由于其残留微量青霉素,在资源化利用过程中具有引起耐药菌的潜在风险。本文针对青霉素菌渣尚无安全处理处置途径以及危险性质评估方法等问题,研究了一种热水解法制备青霉素菌渣肥的工艺。然后对菌渣肥施入土壤的环境行为进行安全性分析,分别从土壤理化性质、土壤微生物性质、抗性基因以及作物生长等方面研究菌渣肥产生的影响,以期为青霉素菌渣的肥料化利用奠定基础。采用热水解工艺去除了菌渣中青霉素G残留,制备了青霉素菌渣肥原料,再经过烘干制成菌渣肥。结果发现,菌渣中青霉素G的降解规律符合拟一级反应动力学方程,温度越高,降解速度越快,当温度为100℃时,半衰期t1/2=20.8min。然后利用LC/MS/MS在负离子模式下扫描,定性分析青霉素G的水热降解途径,发现主要存在2种降解产物物质峰,m/z为307和351,分别为脱羧青霉噻唑酸和青霉噻唑酸。再对菌渣肥肥料性质和安全性进行了分析,发现其肥料性质符合有机肥农业行业标准,且安全性提高,青霉素G含量减少了99%,菌渣肥与菌渣中虽然都检出β-内酰胺...
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景和来源
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题来源
1.2 青霉素G概述
1.2.1 青霉素G
1.2.2 青霉素G降解途径
1.2.3 青霉素G药物残留危害
1.3 青霉素菌渣概述
1.3.1 青霉素菌渣的产生
1.3.2 青霉素菌渣的危害
1.3.3 青霉素菌渣处理现状及问题
1.3.4 青霉素菌渣资源化途径
1.4 抗性基因
1.4.1 抗性基因概述
1.4.2 抗性机制
1.4.3 抗性基因的研究进展
1.5 含抗生素有机肥对土壤和作物的影响
1.5.1 农田土壤抗生素的来源
1.5.2 有机肥源抗生素在土壤中的行为
1.5.3 含抗生素有机肥对土壤酶活性的影响
1.5.4 含抗生素有机肥对土壤微生物群落结构的影响
1.5.5 含抗生素有机肥对作物生长的影响
1.6 研究目的、意义及内容
1.6.1 研究目的和意义
1.6.3 研究内容
第2章 实验材料与方法
2.1 实验仪器与化学试剂
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验药品与试剂
2.2 分析方法
2.2.1 青霉素G的检测
2.2.2 理化指标的检测
2.2.3 微生物指标的检测
2.2.4 抗性基因(ARGs)的检测
2.2.5 作物相关指标检测
2.2.6 主成分分析与数据处理
2.3 试验方法
2.3.1 温度对青霉素G降解效果的影响
2.3.2 实验室模拟试验
2.3.3 大棚施肥试验
第3章 热水解法降解菌渣中青霉素G及制备菌渣肥
3.1 引言
3.2 青霉素菌渣肥的制备
3.2.1 温度对青霉素G降解效果的影响
3.2.2 热水解法降解菌渣中青霉素G的动力学研究
3.2.3 青霉素菌渣肥的制备与肥料性质
3.3 青霉素G在热水解法中的降解途径分析
3.4 青霉素菌渣肥的风险因素分析
3.4.1 重金属含量
3.4.2 青霉素G与降解产物含量
3.4.3 抗性基因(ARGs)含量
3.5 本章小结
第4章 菌渣与菌渣肥对土壤理化性质的影响
4.1 引言
4.2 对土壤常规理化性质的影响
4.2.1 对土壤温度的影响
4.2.2 对土壤pH值的影响
4.2.3 对土壤含盐量(电导率)的影响
4.3 菌渣与菌渣肥中有机物质的转化及其影响
4.3.1 青霉素G在土壤中的降解
4.3.2 有机质在土壤中的降解
4.3.3 氮素在土壤中的转化
4.3.4 对种子发芽指数的影响
4.4 菌渣与菌渣肥中水溶性有机物在土壤中的演变规律
4.4.1 水溶性指标
4.4.2 水溶性有机物三维荧光光谱(EEM)特征
4.4.3 水溶性有机物荧光组分定量分析
4.5 本章小结
第5章 菌渣与菌渣肥对土壤微生物及抗性基因的影响
5.1 引言
5.2 菌渣与菌渣肥对土壤微生物量的影响
5.2.1 细菌的数量变化
5.2.2 真菌的数量变化
5.2.3 放线菌的数量变化
5.3 菌渣与菌渣肥对土壤微生物群落组成结构的影响
5.3.1 OTUs分析及物种注释
5.3.2 菌渣肥组内多样性分析
5.3.3 菌渣与菌渣肥组间多样性分析
5.3.4 多样品比较分析(PCA)
5.4 菌渣与菌渣肥对土壤微生物抗性基因的影响
5.4.1 抗性基因的阳性率
5.4.2 抗性基因的种类和绝对丰度
5.4.3 抗性基因的扩增与衰减
5.5 本章小结
第6章 菌渣肥对大棚土壤和作物生长的影响
6.1 引言
6.2 施菌渣肥对大棚土壤的影响
6.2.1 对土壤理化性质的影响
6.2.2 对土壤微生物量的影响
6.2.3 对土壤酶活性的影响
6.3 施菌渣肥对大棚作物生长的影响
6.3.1 对种子发芽指数的影响
6.3.2 对植物氧化应激反应(SOD、CAT、POD、APX)及脂质过氧化反应(MDA)的影响
6.3.3 对株高和产量的影响
6.4 主成分分析与最佳施肥量
6.5 菌渣肥的环境风险分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]再生水利用对环境中抗生素抗性基因影响的研究进展[J]. 崔二苹,高峰,陈红,樊向阳,李中阳,刘源. 灌溉排水学报. 2017(02)
[2]青霉素菌渣肥对土壤环境及萝卜品质的影响[J]. 王悦,孟昭虹,刘惠玲,张博,李彦超. 环境科学研究. 2017(05)
[3]16S rRNA基因高通量测序分析牛粪发酵细菌多样性[J]. 滑留帅,王璟,徐照学,张子敬,娄治国,赵洪昌,李文军,王二耀. 农业工程学报. 2016(S2)
[4]青霉素菌渣肥对西红柿根际土壤微生物和酶活性的影响[J]. 段子恒,刘惠玲,刘晴靓,吴树洁. 环境工程. 2015(11)
[5]植物抗氧化酶系统研究进展[J]. 谢晓红. 化工管理. 2015(32)
[6]短期免耕和垄作对稻田土壤微生物群落及多样性指数的影响[J]. 路丹,雷静,韦燕燕,沈方科,黄雁飞,顾明华. 西南农业学报. 2015(04)
[7]长期施肥处理对红壤水稻土微生物群落结构和功能多样性的影响[J]. 陈晓芬,李忠佩,刘明,江春玉,吴萌. 生态学杂志. 2015(07)
[8]土壤中抗性基因的产生,扩散传播以及消减的研究进展[J]. 易良银,梁玉婷,赵慧慧,裴孟,赵远. 现代生物医学进展. 2015(09)
[9]畜禽粪便中抗生素抗性基因（ARGs）污染问题及环境调控[J]. 邹威,罗义,周启星. 农业环境科学学报. 2014(12)
[10]污水处理厂抗生素抗性基因分布和去除研究进展[J]. 窦春玲,郭雪萍,尹大强. 环境化学. 2013(10)
博士论文
[1]封育对三江源区高寒草甸土壤及有机碳库的影响[D]. 赵旭东.甘肃农业大学 2014
[2]牛粪好氧堆肥中微生物多样性及生产应用研究[D]. 王亮.北京林业大学 2012
[3]牛粪高温堆肥过程中的物质变化、微生物多样性以及腐熟度评价研究[D]. 田伟.南京农业大学 2012
[4]杨凌城市污泥高效好氧堆肥研究[D]. 康军.西北农林科技大学 2012
[5]堆肥微生物群落演替及木质素降解功能微生物强化堆肥机理研究[D]. 黄丹莲.湖南大学 2011
[6]以菌糠为调理剂的餐厨垃圾好氧堆肥技术及其机制研究[D]. 邹德勋.哈尔滨工业大学 2010
[7]四环素类抗生素在土壤中的环境行为及生态毒性研究[D]. 鲍艳宇.南开大学 2008
[8]表面活性剂对堆肥过程中微生物胞外酶的作用及其机理研究[D]. 时进钢.湖南大学 2007
硕士论文
[1]一株抗黄萎病的番茄内生放线菌的分离、筛选和鉴定[D]. 曹鹏.东北农业大学 2016
[2]青霉素菌渣肥对土壤环境和西红柿生长的影响研究[D]. 段子恒.哈尔滨工业大学 2016
[3]青霉素菌渣堆肥工艺及青霉素抗性基因的分布影响研究[D]. 赵娟.东南大学 2016
[4]利用PCR-DGGE技术分析病死猪堆肥过程中的微生物群落结构和种类特征[D]. 李晓峰.华中农业大学 2015
[5]菌渣对废水中Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）吸附性能的研究[D]. 米静静.西北农林科技大学 2015
[6]基于16S rRNA和宏基因组高通量测序的微生物多样性研究[D]. 李俊锋.清华大学 2015
[7]青霉素菌渣混合堆肥过程生物特性分析[D]. 杨莲.哈尔滨工业大学 2014
[8]灌区包气带土壤中氮素转化的影响因素研究[D]. 徐景景.长安大学 2014
[9]头孢菌素菌渣厌氧消化处理技术研究[D]. 尹青.河北科技大学 2014
[10]青霉素菌渣制取饲料酵母与酵母膏的工艺研究[D]. 王冰.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3654110
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景和来源
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题来源
1.2 青霉素G概述
1.2.1 青霉素G
1.2.2 青霉素G降解途径
1.2.3 青霉素G药物残留危害
1.3 青霉素菌渣概述
1.3.1 青霉素菌渣的产生
1.3.2 青霉素菌渣的危害
1.3.3 青霉素菌渣处理现状及问题
1.3.4 青霉素菌渣资源化途径
1.4 抗性基因
1.4.1 抗性基因概述
1.4.2 抗性机制
1.4.3 抗性基因的研究进展
1.5 含抗生素有机肥对土壤和作物的影响
1.5.1 农田土壤抗生素的来源
1.5.2 有机肥源抗生素在土壤中的行为
1.5.3 含抗生素有机肥对土壤酶活性的影响
1.5.4 含抗生素有机肥对土壤微生物群落结构的影响
1.5.5 含抗生素有机肥对作物生长的影响
1.6 研究目的、意义及内容
1.6.1 研究目的和意义
1.6.3 研究内容
第2章 实验材料与方法
2.1 实验仪器与化学试剂
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验药品与试剂
2.2 分析方法
2.2.1 青霉素G的检测
2.2.2 理化指标的检测
2.2.3 微生物指标的检测
2.2.4 抗性基因(ARGs)的检测
2.2.5 作物相关指标检测
2.2.6 主成分分析与数据处理
2.3 试验方法
2.3.1 温度对青霉素G降解效果的影响
2.3.2 实验室模拟试验
2.3.3 大棚施肥试验
第3章 热水解法降解菌渣中青霉素G及制备菌渣肥
3.1 引言
3.2 青霉素菌渣肥的制备
3.2.1 温度对青霉素G降解效果的影响
3.2.2 热水解法降解菌渣中青霉素G的动力学研究
3.2.3 青霉素菌渣肥的制备与肥料性质
3.3 青霉素G在热水解法中的降解途径分析
3.4 青霉素菌渣肥的风险因素分析
3.4.1 重金属含量
3.4.2 青霉素G与降解产物含量
3.4.3 抗性基因(ARGs)含量
3.5 本章小结
第4章 菌渣与菌渣肥对土壤理化性质的影响
4.1 引言
4.2 对土壤常规理化性质的影响
4.2.1 对土壤温度的影响
4.2.2 对土壤pH值的影响
4.2.3 对土壤含盐量(电导率)的影响
4.3 菌渣与菌渣肥中有机物质的转化及其影响
4.3.1 青霉素G在土壤中的降解
4.3.2 有机质在土壤中的降解
4.3.3 氮素在土壤中的转化
4.3.4 对种子发芽指数的影响
4.4 菌渣与菌渣肥中水溶性有机物在土壤中的演变规律
4.4.1 水溶性指标
4.4.2 水溶性有机物三维荧光光谱(EEM)特征
4.4.3 水溶性有机物荧光组分定量分析
4.5 本章小结
第5章 菌渣与菌渣肥对土壤微生物及抗性基因的影响
5.1 引言
5.2 菌渣与菌渣肥对土壤微生物量的影响
5.2.1 细菌的数量变化
5.2.2 真菌的数量变化
5.2.3 放线菌的数量变化
5.3 菌渣与菌渣肥对土壤微生物群落组成结构的影响
5.3.1 OTUs分析及物种注释
5.3.2 菌渣肥组内多样性分析
5.3.3 菌渣与菌渣肥组间多样性分析
5.3.4 多样品比较分析(PCA)
5.4 菌渣与菌渣肥对土壤微生物抗性基因的影响
5.4.1 抗性基因的阳性率
5.4.2 抗性基因的种类和绝对丰度
5.4.3 抗性基因的扩增与衰减
5.5 本章小结
第6章 菌渣肥对大棚土壤和作物生长的影响
6.1 引言
6.2 施菌渣肥对大棚土壤的影响
6.2.1 对土壤理化性质的影响
6.2.2 对土壤微生物量的影响
6.2.3 对土壤酶活性的影响
6.3 施菌渣肥对大棚作物生长的影响
6.3.1 对种子发芽指数的影响
6.3.2 对植物氧化应激反应(SOD、CAT、POD、APX)及脂质过氧化反应(MDA)的影响
6.3.3 对株高和产量的影响
6.4 主成分分析与最佳施肥量
6.5 菌渣肥的环境风险分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]再生水利用对环境中抗生素抗性基因影响的研究进展[J]. 崔二苹,高峰,陈红,樊向阳,李中阳,刘源. 灌溉排水学报. 2017(02)
[2]青霉素菌渣肥对土壤环境及萝卜品质的影响[J]. 王悦,孟昭虹,刘惠玲,张博,李彦超. 环境科学研究. 2017(05)
[3]16S rRNA基因高通量测序分析牛粪发酵细菌多样性[J]. 滑留帅,王璟,徐照学,张子敬,娄治国,赵洪昌,李文军,王二耀. 农业工程学报. 2016(S2)
[4]青霉素菌渣肥对西红柿根际土壤微生物和酶活性的影响[J]. 段子恒,刘惠玲,刘晴靓,吴树洁. 环境工程. 2015(11)
[5]植物抗氧化酶系统研究进展[J]. 谢晓红. 化工管理. 2015(32)
[6]短期免耕和垄作对稻田土壤微生物群落及多样性指数的影响[J]. 路丹,雷静,韦燕燕,沈方科,黄雁飞,顾明华. 西南农业学报. 2015(04)
[7]长期施肥处理对红壤水稻土微生物群落结构和功能多样性的影响[J]. 陈晓芬,李忠佩,刘明,江春玉,吴萌. 生态学杂志. 2015(07)
[8]土壤中抗性基因的产生,扩散传播以及消减的研究进展[J]. 易良银,梁玉婷,赵慧慧,裴孟,赵远. 现代生物医学进展. 2015(09)
[9]畜禽粪便中抗生素抗性基因（ARGs）污染问题及环境调控[J]. 邹威,罗义,周启星. 农业环境科学学报. 2014(12)
[10]污水处理厂抗生素抗性基因分布和去除研究进展[J]. 窦春玲,郭雪萍,尹大强. 环境化学. 2013(10)
博士论文
[1]封育对三江源区高寒草甸土壤及有机碳库的影响[D]. 赵旭东.甘肃农业大学 2014
[2]牛粪好氧堆肥中微生物多样性及生产应用研究[D]. 王亮.北京林业大学 2012
[3]牛粪高温堆肥过程中的物质变化、微生物多样性以及腐熟度评价研究[D]. 田伟.南京农业大学 2012
[4]杨凌城市污泥高效好氧堆肥研究[D]. 康军.西北农林科技大学 2012
[5]堆肥微生物群落演替及木质素降解功能微生物强化堆肥机理研究[D]. 黄丹莲.湖南大学 2011
[6]以菌糠为调理剂的餐厨垃圾好氧堆肥技术及其机制研究[D]. 邹德勋.哈尔滨工业大学 2010
[7]四环素类抗生素在土壤中的环境行为及生态毒性研究[D]. 鲍艳宇.南开大学 2008
[8]表面活性剂对堆肥过程中微生物胞外酶的作用及其机理研究[D]. 时进钢.湖南大学 2007
硕士论文
[1]一株抗黄萎病的番茄内生放线菌的分离、筛选和鉴定[D]. 曹鹏.东北农业大学 2016
[2]青霉素菌渣肥对土壤环境和西红柿生长的影响研究[D]. 段子恒.哈尔滨工业大学 2016
[3]青霉素菌渣堆肥工艺及青霉素抗性基因的分布影响研究[D]. 赵娟.东南大学 2016
[4]利用PCR-DGGE技术分析病死猪堆肥过程中的微生物群落结构和种类特征[D]. 李晓峰.华中农业大学 2015
[5]菌渣对废水中Pb（Ⅱ）和Cd（Ⅱ）吸附性能的研究[D]. 米静静.西北农林科技大学 2015
[6]基于16S rRNA和宏基因组高通量测序的微生物多样性研究[D]. 李俊锋.清华大学 2015
[7]青霉素菌渣混合堆肥过程生物特性分析[D]. 杨莲.哈尔滨工业大学 2014
[8]灌区包气带土壤中氮素转化的影响因素研究[D]. 徐景景.长安大学 2014
[9]头孢菌素菌渣厌氧消化处理技术研究[D]. 尹青.河北科技大学 2014
[10]青霉素菌渣制取饲料酵母与酵母膏的工艺研究[D]. 王冰.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3654110
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