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抗生素在环境中的泛滥引发关注，磺胺甲恶唑（SMX）尤为突出。研究人员探究其对微生物燃料电池（MFCs）中耗氧生物阴极的影响。结果显示低浓度 SMX 促进电流，高浓度抑制。该研究为 MFC 处理 SMX 污染废水提供理论依据。
在现代社会，环境问题日益严峻，抗生素在陆地和水生环境中的广泛存在成为了一颗 “定时炸弹”。大量抗生素的使用，使得它们在市政废水、医院污水以及制药排放中频繁现身。其中，磺胺甲恶唑（SMX）作为一种常用的磺胺类抗生素，凭借其高溶解性、化学稳定性以及对自然降解的抗性，在环境中持续 “扎根”。这不仅对生态系统构成潜在威胁，还加速了抗生素抗性基因的传播，就像在环境中埋下了无数颗 “抗性种子”，随时可能 “生根发芽”，引发更严重的生态危机。
微生物燃料电池（MFCs）作为一种新兴技术，有着同时处理废水和回收能源的巨大潜力，就像是环境治理领域的一颗 “希望之星”。在这个小小的电池里，微生物扮演着关键角色，阳极的微生物负责氧化有机底物，释放质子和电子，电子则通过外电路传递到阴极，而阴极通常以氧气作为终端电子受体。然而，当这个 “希望之星” 在处理废水时，不可避免地会遇到抗生素，SMX 就是其中一个棘手的 “拦路虎”。目前，虽然知道抗生素对阳极电活性生物膜有影响，但对于耗氧生物阴极如何应对不同浓度的抗生素，我们的了解还十分有限。就好比在黑暗中摸索，急需一道光来照亮前行的道路。
为了揭开这个谜团，国内的研究人员开展了一项深入研究，致力于探究 SMX 对 MFCs 中产电耗氧生物膜的影响。他们的研究成果发表在了《Bioresource Technology》上，为该领域带来了重要突破。
研究人员采用了多种关键技术方法。通过构建四组双室 MFCs 反应器，并对其进行不同条件的控制，来模拟真实环境下 SMX 对生物膜的影响。运用基因组分析技术来解析微生物群落结构和共现网络，同时结合功能基因分析，探索抗生素胁迫下生物膜的代谢适应机制。
在研究结果方面：
- 发电性能：研究发现，不同浓度的 SMX 对耗氧生物膜的电化学性能有着截然不同的影响。当 SMX 浓度为 0.5 mg/L（MFC - 0.5）时，MFC 展现出显著更高的最大电流密度，达到 11.25 ± 0.29 A/m3，约为未添加 SMX（MFC - 0）的 1.2 倍。然而，当 SMX 浓度升高到 10 mg/L（MFC - 10）和 30 mg/L（MFC - 30）时，最大电流密度却大幅下降，分别为 8.55 ± 0.34 A/m3 和 7.01 ± 0.23 A/m3。这表明低浓度的 SMX 能够促进电流产生，而高浓度的 SMX 则起到抑制作用。
- SMX 与 EPS 的相互作用：通过相关分析手段，研究人员确定了 SMX 与细胞外聚合物（EPS）的相互作用顺序。在荧光特征方面，SMX 优先与类蛋白质 EPS 成分结合，然后依次是类富里酸和类腐殖酸成分；在傅里叶变换红外光谱（FTIR）峰的结构优先级上，顺序为 C - OH/C—O > O—P—O > O—H > C—H。这种相互作用引发了 EPS 结构的一系列变化。
- 微生物群落变化：SMX 的存在改变了微生物群落结构。研究发现，暴露于 SMX 后，一些抗生素抗性属，如Truepera、Nitrospira、Brevundimonas等得到了富集。网络分析表明，低浓度的 SMX 增强了群落的复杂性和稳定性，而高浓度的 SMX 则使生物膜结构趋于简单化。
- 功能基因变化：功能基因分析显示，在 0.5 mg/L SMX 浓度下，参与电子转移、碳代谢和氧化磷酸化的功能基因有所增加；但在高浓度 SMX 条件下，这些功能基因的数量减少。
研究结论表明，SMX 对耗氧生物膜的影响具有浓度依赖性。低浓度 SMX 通过促进电子转移和降低内阻，增强了电化学活性；而高浓度 SMX 则逐渐抑制了生物膜的性能。该研究首次全面揭示了 SMX 对耗氧生物膜的影响机制，为优化 MFC 在处理 SMX 污染废水方面的应用奠定了坚实的理论基础。这一成果就像一把钥匙，为解决环境中抗生素污染问题打开了新的大门，让我们在利用 MFC 技术治理污水的道路上又前进了一大步，有望为环境保护和生态平衡的维护做出重要贡献。
