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β-内酰胺类抗生素(β-lactam antibiotics)是目前使用率最高的一类抗生素,具有抗菌能力强、不良反应小的特点,应用范围广且实用性强。作为强化生物除磷工艺中的主要功能菌群,聚磷菌(Phosphorus-accumulating organisms,PAOs)具有厌氧释磷,好氧超量吸磷的特点。本研究选用β-内酰胺类抗生素中阿莫西林(Amoxicillin)、氨曲南(Aztreonam)、头孢哌酮(Cefoperazone),考察β-内酰胺类抗生素与PAOs间相互作用机理,从抗生素对聚磷菌除磷率、胞内聚合物的影响以及毒性效应上全方位地分析β-内酰胺类抗生素对PAOs的作用,并通过抗生素的含量变化来研究PAOs对β-内酰胺类抗生素归趋特性的影响。研究发现,PAOs经6h培养后进入对数生长期;阿莫西林与氨曲南均能提升PAOs的除磷效果,其中,在10mg/L阿莫西林及10mg/L氨曲南作用下,PAOs的除磷率分别达到了67.44%和65.08%,而头孢哌酮对除磷效能有一定的抑制作用,且抑制作用随着浓度的增加而增大。采用苏丹黑染色法对厌氧阶段生成的聚羟基丁酸盐(Polyhydroxibutyrate,PHB)颗粒进行染色,并通过奈瑟氏新染色法、DAPI染色法对好氧阶段生成的多聚磷酸盐(Polyphosphates,poly-P)颗粒染色,对照组(不添加β-内酰胺类抗生素)和实验组(添加阿莫西林、氨曲南、头孢哌酮)均能观察到特征性颗粒。定量测定表明,在厌氧阶段,三种β-内酰胺类抗生素均能促进PHB的合成,但阿莫西林和头孢哌酮会对poly-P的分解起抑制作用,氨曲南无明显影响;好氧阶段,阿莫西林和氨曲南会抑制PHB的分解,头孢哌酮则对PHB的分解起促进作用,同时,三种β-内酰胺类抗生素均能促进poly-P的合成,但头孢哌酮的促进作用明显弱于阿莫西林与氨曲南。对比加入与未加入叠氮化钠时PAOs对三种β-内酰胺类抗生素的归趋特性影响,发现影响阿莫西林降解的主要因素为生物吸附作用,且生物吸附作用主要发生在厌氧阶段。对于氨曲南和头孢哌酮,浓度为1mg/L时聚磷菌的生物降解作用明显强于生物吸附作用,浓度为5mg/L时生物降解作用和生物吸附作用所起效果相近,浓度为10mg/L时生物吸附作用大于生物降解作用。三种β-内酰胺类抗生素降解率大小依次为:阿莫西林>氨曲南>头孢哌酮。通过微量肉汤稀释法得,阿莫西林对PAOs的最小抑菌浓度为“8μg/mL-16μg/mL”,氨曲南对PAOs的最小抑菌浓度为“4μg/mL-8μg/mL”;头孢哌哃对PAOs的最小抑菌浓度为“0.5μg/mL-1μg/mL”。绘制剂量-效应曲线,计算出24h时氨曲南、头孢哌酮、阿莫西林对聚磷菌的半数效应浓度分别为0.701mg/L、0.098mg/L和10.905mg/L。三种β-内酰胺类抗生素对PAOs的毒性效应大小依次为:头孢哌酮>氨曲南>阿莫西林。