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抗生素的大量使用导致其在生活污水中广泛存在,会对污水处理系统中的微生物产生影响。在研究这种影响的特征时,人们往往遇到常规手段(如摇瓶或小试)费时费力且信息量较少的困境。微流控技术能实现并行测试、原位实时观察、单细胞追踪等功能,且样品量少,省时省力,有利于上述问题的研究。因此,本研究建立了适合研究环境微生物的微流控芯片系统,实现了单细胞跟踪、原位实时观测、梯度并行实验等功能;将其应用于抗生素对细菌的抑制、细菌耐药性及细菌对抗生素降解的研究,获得了比常规方法更多的信息(如细菌形态变化、细菌个体差异等),并发现了细菌在抗生素作用下的“新行为”。论文首先采用孔板实验方法,获取了13种抗生素对8种纯菌及活性污泥混合菌的生长抑制曲线,发现喹喏酮类对大部分细菌的抑制能力强,半数抑制浓度(IC50)低于1mg/L;磺胺类最弱,IC50大于100mg/L;活性污泥混合菌具有很强的耐药性。然后开展了微流控平台的研究,设计及优化了微流控双通道芯片,用于抗生素对细菌的抑制过程研究。采用大肠杆菌及阿莫西林验证了芯片的可靠性,实时观察了单个细菌的形态变化特征。芯片可快速培养氨氧化菌,比生长速率(1.2d-1)远高于摇瓶实验(0.088d-1),可在四天内获取阿莫西林对氨氧化菌的抑制曲线。第三,利用微流控芯片技术开展了细菌耐药性的研究。基于对芯片上单个大肠杆菌的数量及形态变化的分析,首次观察到细菌的“机会耐药性”行为。在IC50浓度附近,正常细菌由于邻近破裂细菌释放的细胞质的存在而快速生长,其生长速率与培养基条件下相近,表现出与“耐药性”相似的行为。氨氧化菌的耐药实验发现,氨氧化菌在抑制浓度的阿莫西林下暴露三天后仍有细菌存活,恢复培养基培养后能复苏生长。最后,采用微流控芯片研究了抗生素的降解特征。利用微流控单通道芯片作为“微反应器”,确认了硝化菌对抗生素降解的贡献,并观察到了纯种氨氧化菌降解抗生素的行为。活性污泥混合菌群可以完全降解低浓度阿莫西林(进水均值0.35mg/L),能够通过共基质代谢去除70%的四环素(进水均值0.8mg/L);活性污泥中的硝化菌对阿莫西林的降解起到促进作用。纯种氨氧化菌可降解阿莫西林和四环素,降解率分别为70%及25%左右,具体的降解途径还需进一步研究。