1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）环境雌激素现已成为重大的环境问题之一，环境雌激素物质种类繁多，结构迥异，现已成为继臭氧层破坏、全球气候变暖之后的第三大环境问题，被喻为威胁人类存亡的定时炸弹[1]。其中，养殖业畜禽粪便是环境雌激素的重要来源之一[2]，其重要的来源之一便是养殖业畜禽粪便。鉴于单纯自然堆制发酵无法消除雌激素污染，从环境中分离筛选具有雌激素降解功能的细菌得到了广泛的关注和重视。 微生物是影响雌激素降解的重要因素。在灭活与非灭活的粉壤、沙土和壤土中, E2β最终都能降解为E1,表明E2β的降解是一个非生物降解过程。但是, E1却在灭活的土壤中十分稳定,说明E1降解需要微生物作用[3]。目前，国内外研究人员从污泥、土壤等介质中分离获得了多株雌激素降解菌。2010年，杨俊等[4]从制药污泥中分离了1株高效降解E2β的菌株Bacillus sp.。Yoshimoto等[5]从污水处理厂活性污泥中分离了1株降解菌Rhodococcus zopfii和3株Rhodococcus equi。Kurisu等[6]从土壤样品中分离出5株雌激素降解菌，其中3株Rhodococcus sp.、2株Sphingomonas sp.。Yu等[7]从生活污水处理厂污泥中分离出14株E2β降解菌，分属Aminobacter、Brevundimonas、Escherichia、Flavobacterium、Microbacterium、Nocardioides、Rhodococcus和Sphingomonas等8个菌属。类似的，一些文献报道了从城市污泥、制药污泥、好氧堆肥渗滤液中分离的雌激素降解菌株[8-11]。 但是在这里需指出，资料中所指出的雌激素降解功能菌都是从活性污泥或是土壤等介质中获得的，实际上在畜禽粪便中原本就含有可以讲解雌激素的功能菌。Zheng等[12]发现，奶牛粪便堆放一定时间后，其中雌激素浓度会大大降低，主要作用来自于畜禽粪便本身所携带的微生物。由此可知，若能从畜禽粪便中分离出高效稳定的雌激素降解菌，它将能更能适应畜禽粪便这一生存环境、产生更好的降解效果；然而遗憾的是，能否从畜禽粪便中分离、筛选雌激素降解菌，国内外至今尚不能检索到相关文献。另一方面，有关利用功能菌来降解雌激素的研究才刚刚开始，针对畜禽粪便的环境污染问题，国内外至今也尚未有功能菌降解畜禽粪便中雌激素的相关报道，有关的研究尚停留在科学假说和推测阶段。 综上所述，畜禽粪便中雌激素污染问题广受国内外关注，但其对污染控制的研究尚处于初级阶段。从畜禽粪便中筛选功能降解菌株，有望高效地去除畜禽粪便中雌激素，实现畜禽粪便的无害化处理和资源化利用，减少对环境，人类，动物的影响但迄今为止，国内外对该领域的研究仍很欠缺，亟待探索。 [1] Lorenz SEU. SHIFT endocrine disrupter research into overdrive[J]. Science, 2003(5622): 1069 [2] Raman DR, Williams EL, Layton AC, et al.. Estrogen content of dairy and swine wastes. Environmental Science and Technology, 2004(38):3567-3573 [3] 李艳霞，韩伟，林春野，李帷，杨明，张丰松.畜禽养殖过程中雌激素的排放及其环境行为.生态学报,2010,30(4):1058-1065 [4] 杨俊, 姜理英, 陈建孟. 1株17β-雌二醇高效降解菌的分离鉴定及降解特性[J].环境科学, 2010, 31(5): 1313-1319 |
[5] Yoshimoto T, Nagai F, Fujimoto J, Watanabe K, Mizukoshi H, Makino T, Kimura K, Saino H, Omura H. Degradation of estrogens by Rhodococcus zopfii and Rhodococcus equi isolates from activated sludge in wastewater treatment plants[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2004, 70(9): 5283-5289 [6] Kurisu F, Ogura M, Saitoh S, Yamazoe A, Yagi O. Degradation of natural estrogen and identification of the metabolites produced by soil isolates of Rhodococcus sp. and Sphingomonas sp.[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2010, 109(6): 576-582 [7] Yu CP, Roh H, Chu KH. 17β-estradiol-degrading bacteria isolated from activated sludge[J]. Environmental Science and Technology, 2007, 41(2): 486-492 [8] Fujii K, Kikuchi S, Satomi M, Ushio-Sata N, Morita N. Degradation of 17β-estradiol by a Gram-negative bacterium isolated from activated sludge in a sewage treatment plant in Tokyo, Japan[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2002, 68: 2057-2060 [9] 任海燕, 纪树兰, 刘志培, 王道. 17α-乙炔基雌二醇降解菌的分离鉴定及降解特性[J]. 环境科学, 2006, 27(6): 1186-1190 [10] 史江红, 韩蕊, 宿凌燕, 曹金玲, 呼丽娟. 某污水处理厂中17α-乙炔基雌二醇降解菌的分离鉴定及其降解特性[J]. 环境科学学报, 2002, 30(12): 2414-2419 [11] 袁理, 曾光明, 张长, 余健, 徐建明. 双酚A降解菌的分离鉴定及其降解特性[J]. 环境科学, 2006, 27(10): 2095-2099 [12] Zheng W, Yates SR, Bradford SA. Analysis of steroid hormones in a typical dairy waste disposal system[J]. Environmental Science and Technology, 2008, 42: 530-535 |
2. 研究的基本内容和问题
研究的目标、内容和拟解决的关键问题 研究目标： （1）分离、筛选出可以降解畜禽粪便中炔雌醇的功能菌 （2）明确菌株的生物学特性和种群特征 （3）分析验证降解功能菌的降解功能 ( 4 ) 分析何等环境降解功能菌降解能力最强 研究内容： （1）采集样品 （2）样品的富集培养 （3）降解菌降解能力的检测 （4）降解菌的鉴定 （5）降解菌降解功能的反复验证及降解特征分析 拟解决的关键问题： （1）筛选出可以降解炔雌醇的功能菌 （2）分析功能菌的降解功能 （3）分析培养条件对功能菌的降解能力的影响 |
3. 研究的方法与方案
研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
研究方法：
具有高效降解雌激素特性的功能微生物的筛选和性能表征：在典型炔雌醇污染土壤上，如家禽养殖场周围土壤，采集家禽粪便含量较高的土壤。采用富集培养和平板划线的方法，分离、筛选出具有降解雌激素特性的功能微生物菌株4~6株。
4. 研究创新点
特色或创新之处
创新
目前，国内外主要是采用堆置生物发酵方法来处理畜禽粪便，以堆肥发酵法和好氧发酵法生产有机肥为主要形式, 而在畜禽散养的农村地区多通过兴建沼气池处理畜禽粪便。但这些方法却仍然无法消除畜禽粪便中雌激素污染，这对生态环境来说是极大地威胁。从已有的资料来看，目前国内对雌激素研究较少,尤其是对畜禽粪便中的雌激素研究几乎为空白。国内外至今尚缺乏有效去除畜禽粪便中雌激素的技术和途径。研究针对畜禽粪便中雌激素污染问题，从畜禽粪便中分离、筛选一系列具有高效降解雌激素的功能微生物菌株，创新性地提出利用功能微生物来高效降解养殖业畜禽粪便中雌激素，这为畜禽粪便的无害化处理和利用提供了新思路和途径。
5. 研究计划与进展
研究计划及预期进展
项目研究计划及预期进展
2012年4月至2013年3月 筛选出具有高效降解炔雌醇特性的功能微生物
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