新型芽孢杆菌DLY-11强化猪粪堆肥中磺胺二甲嘧啶降解的机制解析与工艺优化

针对畜牧废弃物中磺胺二甲嘧啶(SMZ)污染难题，研究人员从热处理的猪粪堆肥中分离出高效降解菌株Bacillus sp. DLY-11。通过响应面法优化参数（59.7°C、pH 8.08、0.4 g/L MgSO4），实现48小时内97.1%的20 mg/L SMZ降解，并首次阐明涉及磺酰胺键断裂、羟基化及葡萄糖醛酸结合的代谢双通路，为农业生态系统抗生素污染治理提供理论支撑与实用菌种资源。

　　

论文解读

在畜牧业集约化发展的今天，抗生素滥用引发的环境问题日益严峻。中国作为全球最大的兽用抗生素消费国，每年排放数万吨抗生素至环境中，其中磺胺类抗生素因结构稳定难以降解而备受关注。磺胺二甲嘧啶(SMZ)作为典型代表，不仅通过食物链威胁人类健康（如诱发再生障碍性贫血），更会加速耐药基因传播。尽管现有污水处理工艺对SMZ去除有限，而堆肥系统作为畜禽粪便主流处理方式，其降解机制尚不明晰。

针对这一瓶颈，来自生态环境部华南环境科学研究所等机构的研究团队在《International Biodeterioration》发表重要成果。研究人员从广州郊区猪粪堆肥中分离出耐高温菌株Bacillus sp. DLY-11，通过响应面法(RSM)优化降解条件，结合LC-MS/MS（液相色谱-质谱联用）解析代谢中间体，系统揭示了SMZ的微生物降解机制。

关键技术方法
研究采用热处理富集法从猪粪-木屑堆肥中筛选菌株，通过16S rRNA基因测序鉴定菌种；采用Box-Behnken设计四因素三水平实验优化降解参数；利用UPLC-QTOF-MS（超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱）检测8种关键中间产物；通过宏基因组学分析堆肥微生物群落演变。

主要研究结果

1. 堆肥系统中SMZ的降解特性
35天堆肥实验显示SMZ降解率达45.9%±2.1%，显著高于其他磺胺类药物。高温期（>50°C）降解速率提升3.2倍，表明温度是核心驱动因素。

2. 菌株DLY-11的降解效能
该菌在59.7°C、pH 8.08、0.4 g/L MgSO₄条件下实现97.1%的SMZ去除，其分泌的胞外氧化还原酶在降解初期起关键作用。

3. 代谢通路解析
发现两条并行路径：

• 路径Ⅰ：SMZ→N⁴-乙酰基-SMZ→羟基化衍生物→苯胺开环产物
• 路径Ⅱ：SMZ→磺酰胺键(S-N)断裂产物→2-氨基-4,6-二甲基嘧啶→葡萄糖醛酸结合物

结论与意义
该研究首次从堆肥环境分离出可同步实现SMZ磺酰胺键断裂与矿化的芽孢杆菌，其耐高温特性（60°C仍保持活性）使其可直接应用于现场堆肥。提出的双通路模型修正了传统认知——除已知的SadABC基因途径外，葡萄糖醛酸结合是新型解毒机制。研究成果为开发"堆肥-菌剂联用"技术提供核心菌种，对遏制农业面源抗生素污染具有重要实践价值。