湖泊中抗生素对沉积物产甲烷的分析文献综述

研究背景：

甲烷是一种重要的温室气体，引发全球气候变暖的重要元凶之一。湖泊沉积物产甲烷作用是全球C循环的一个重要内容，沉积物含大量的有机污染物，是产甲烷菌产甲烷过程的重要底物，因此湖泊沉积物产甲烷过程已经成为全球变暖的焦点。同时沉积物因其吸附性等对众多污染物有汇聚作用，已在湖泊沉积物中检出大量的抗生素。同时抗生素对微生物有一定的生物毒性，抗生素对湖泊沉积物产甲烷菌的产甲烷过程是否有影响？目前尚未有研究报道。本研究旨在讨论典型抗生素对湖泊沉积物产甲烷的影响，定性其影响，为抗生素在湖泊环境的生态评价提供基础数据。

近年来，抗菌药物被广泛运用于生产、动物养殖、食品加工等行业，人们除了将抗菌药物用来治疗、预防疾病以外，更普遍地是用作养殖业的添加剂或直接作兽药使用。如今已注册并且流入市场的抗菌药物种类有数百种，但是由于缺乏健全的管理体制与合理的用后处理意识，逐年增长的抗菌药物产量及销量使得抗菌药物滥用现象十分明显，抗菌药物在环境中的残留问题也逐渐成为全球热点生态环境问题。2013年，中国总生产抗菌药物类药物大约248000吨，而其中约有85%的使用在医疗与畜牧养殖业。然而，有报道指出，30%~90%使用后的抗菌药物会以母体或者代谢产物的形式通过排放粪便等方式进入自然环境。甚至在水产养殖业中，抗菌药物作为饲料添加剂能直接进入水环境中。

甲烷是天然气的主要成份，是一种洁净的能源气体，同时也是一种非常重要的温室气体。根据IPCC第五次评估报告（IPCC AR5）它在大气中存在的平均寿命约为9.1年，在百年尺度上其增温效应要比二氧化碳高出28~34倍，占全球温室气体贡献量的30~40%。截止至2016年，地球大气中甲烷浓度已达1.32mg/m³，同时，全球生态系统每年以540Tg的速度持续向大气排放甲烷。随着甲烷在大气中含量持续增加，甲烷对全球温室效应的贡献比例也会越来越高。因此，甲烷被认为是继二氧化碳之后最重要的温室气体，同时在生物地球化学循环中，作为碳源的提供者能生成二氧化碳，自然生态系统中甲烷的产生与氧化在近年来成为国内外学术界关注的热点。甲烷产生于严格厌氧条件下，产甲烷菌利用产甲烷底物进行生物化学反应。产甲烷菌是一类形态多样并已分离70余种的具有产甲烷功能的厌氧细菌，其可利用的底物种类较少，多为简单的一碳或二碳化合物，例如二氧化碳、甲基化合物、乙酸、甲酸盐、等小分子含碳化合物。底物的丰富程度可直接决定产甲烷菌的活性与甲烷产生量。

湖泊生态系统是除了溶解氧与温度外，产甲烷与甲烷氧化微生物活性还受到如有机质、pH、盐度等环境因素以及种间竞争等生物因素的影响． 沉积物有机质类型会直接影响产甲烷古菌的代谢方式，而有效有机质含量的增加会明显促进乙酸型产甲烷古菌的生长． 相比淡水湖泊，高盐度和高碱度的湖泊中氢营养型产甲烷古菌和SAMO 型甲烷氧化菌的数量会有显著增加． 碳源充足的情况下，可以同时利用 CO2和乙酸的甲烷微菌目和甲烷八叠球菌目可以迅速成为湖泊产甲烷微生物的优势种，微生物种间竞争的压力也会增加． 在湖泊中随着亚硝酸盐与硝酸盐的比例增加，亚硝酸还原型厌氧甲烷氧化菌会逐渐挤占硝酸盐还原型的生存空间． 产甲烷与甲烷氧化微生物在湖泊中的分布通常是多重因素决定的，只有在特定条件下某一因子可能成为影响其分布的主导因素．

实验过程：

配制浓度为0.2、1.0、2.0、5.0、10.0、25.0、50.0mg/L的环丙沙星和氟苯尼考溶液。在溶液中分别通入氮气使溶液中溶解氧含量降低。

准确称量20g将搅拌均匀的湿泥样放入160mL盐水瓶，并使其均匀地铺在瓶底。分别用准确移取20mL对应浓度为别为0.2、1.0、2.0、5.0、10.0、25.0、50.0mg/L的抗菌药物溶液，沿瓶壁缓缓移入盐水瓶中，使得抗菌药物在泥水混合浊液中浓度为0.2、1.0、2.0、5.0、10.0、50.0g/kg。

在瓶中悬吊厌氧指示条以指示瓶内厌氧条件。

盖上瓶塞，继续通氮气约10分钟至厌氧指示条指示瓶内为厌氧体系。整个曝气过程结束后将瓶中的泥与溶液摇晃成泥水混合溶液。每个浓度的样品做5个平行样，并做一组空白对照组，对照组为，每个瓶中加入20g湿土样后加入20mL曝气后的空白水样。