白腐真菌Trametes versicolor通过吸附与生物降解协同作用高效去除畜禽粪便及合成废水中的抗生素

针对畜禽粪便中抗生素残留引发的环境风险问题，研究人员利用白腐真菌Trametes versicolor的菌丝球和木质固定化技术，系统探究了其对OTC、SDZ、ENR和CAP四类抗生素的去除机制。结果表明，T. versicolor通过漆酶(laccase)和细胞色素P450系统实现高效降解（21小时内OTC/SDZ去除率>92%），木质固定化菌剂在牛粪中显著提升抗生素降解效率（接种比1:2时效果最佳），为畜禽废弃物抗生素污染治理提供了创新性生物解决方案。

　　

抗生素在现代畜牧业中的滥用已成为全球性环境难题。据统计，2013年畜牧业抗生素使用量高达11.9万吨，预计2030年将增长52%。这些药物约50-90%以原型随粪便排出，导致土壤、水体甚至食品中广泛检出抗生素残留，不仅诱发抗生素耐药基因(ARG)传播，还会破坏土壤微生物群落。尤其令人担忧的是，畜禽粪便作为抗生素的"蓄水池"，其复杂基质会抑制抗生素的自然降解。传统处理方法难以有效消除这类污染物，亟需开发绿色高效的生物修复技术。

在这项发表于《Environmental Pollution》的研究中，研究人员聚焦白腐真菌(WRF)Trametes versicolor的抗生素降解潜力。这种真菌以降解木质素的强大酶系统著称，其分泌的漆酶和细胞色素P450能氧化多种顽固污染物。研究团队创新性地采用空气脉冲流化床反应器和木质固定化技术，系统评估了该真菌对四类典型兽用抗生素（氧四环素OTC、磺胺嘧啶SDZ、恩诺沙星ENR和氯霉素CAP）的去除机制。

关键技术方法包括：1）空气脉冲流化床反应器连续培养系统；2）木质材料固定化真菌制备技术；3）HPLC-TOF-MS分析抗生素及其转化产物；4）漆酶活性检测体系（以DMP为底物）；5）细胞色素P450抑制剂（ABT）干预实验；6）ECOSAR程序预测代谢产物毒性。

3.1 流化床反应器中的抗生素去除
研究发现T. versicolor菌丝球在流化床中对OTC和SDZ展现出惊人的降解效率，21小时内去除率分别达92%和98%，符合一级动力学模型（速率常数k分别为-0.238 h^-1和-0.102 h^-1）。而ENR降解较慢，68小时才达98%，可能与代谢过程中产生具有抗菌活性的环丙沙星(CIP)有关。漆酶活性监测显示，抗生素脉冲会暂时抑制酶活，但随后出现显著反弹，最高达88.7 AU/L。

3.2 降解机制解析
水解/光解实验表明OTC易发生非生物降解，而SDZ和ENR在环境中稳定。关键酶系统研究表明：细胞色素P450主导SDZ和OTC降解（ABT抑制剂使降解完全抑制），但对ENR无效；漆酶-ABTS介导系统对三种抗生素的降解效率排序为SDZ≈OTC>ENR，30分钟内即可降解95%的SDZ。

3.3 代谢产物与毒性
通过HPLC-TOF-MS鉴定出ENR经脱乙基化生成CIP（m/z=332），后者进一步氧化为m/z=334的产物。ECOSAR预测显示，母体化合物ENR对水生生物的毒性（如对藻类EC₅₀=561 ppm）显著高于其转化产物。

3.4 牛粪处理应用
木质固定化T. versicolor在牛粪中展现出工程应用价值：高接种比例（1:2）处理6周后，CAP和SDZ去除率超95%，ENR去除率达70%。值得注意的是，低比例接种（1:0.5）在短期内对ENR降解更有效，可能与更高有机质促进真菌增殖有关。

该研究首次系统阐明了T. versicolor通过"吸附-生物降解"协同作用去除复合抗生素的分子机制，创新性地将木质固定化技术应用于非灭菌实际粪便处理。特别是发现ENR降解过程中产生的CIP可能抑制真菌活性，这一发现对抗生素生物处理工艺优化具有重要指导意义。研究为畜禽粪便抗生素污染治理提供了可规模化的生物解决方案，其开发的固定化真菌技术既能保持酶活性，又便于回收利用，具有显著的工程应用前景。Montserrat Sarra团队的工作将推动白腐真菌在环境修复领域的工业化应用进程。