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应用SHIME模型研究肠道微生物对13种农产品中腐霉利生物可给性的影响

一、1.研究背景与意义

(1)随着全球人口的增长和城市化进程的加快，食品安全问题日益受到关注。农产品中农药残留问题尤为突出，其中腐霉利作为一种常用的农药，在防治植物病害方面发挥了重要作用。然而，过量使用或不当使用腐霉利会导致农产品中残留量超标，对人体健康和环境造成潜在危害。近年来，肠道微生物作为人体健康的重要影响因素，其与农药残留的生物可给性之间的关系引起了广泛关注。

(2)肠道微生物群落的多样性及其功能与人体健康密切相关。研究表明，肠道微生物能够影响宿主的代谢、免疫和神经系统功能。腐霉利作为一种有机磷农药，其生物可给性受到肠道微生物的影响。例如，一些肠道微生物可以通过代谢、降解或转化腐霉利，降低其生物活性，从而减少对人体健康的潜在风险。然而，不同农产品中腐霉利的生物可给性可能存在差异，这与农产品的种类、生长环境、储存条件等因素有关。

(3)本研究选取了13种常见的农产品，包括蔬菜、水果、粮食等，旨在探讨肠道微生物对腐霉利生物可给性的影响。通过模拟肠道环境，利用SHIME（模拟人体肠道微生物生态）模型，研究不同农产品中腐霉利的生物降解和转化过程。根据相关数据，腐霉利在蔬菜中的残留量通常较高，而在水果和粮食中的残留量相对较低。此外，不同农产品中的腐霉利生物可给性差异可能与肠道微生物的组成和活性有关。因此，本研究对于深入了解肠道微生物与农药残留的关系，以及开发新型农药残留降解技术具有重要的理论和实际意义。

二、2.材料与方法

(1)本研究采用了13种常见的农产品作为研究对象，包括黄瓜、西红柿、苹果、橙子、大米、小麦、玉米、土豆、胡萝卜、菠菜、白菜、茄子、洋葱。这些农产品均符合国家食品安全标准，并在同一季节采集于同一地区，以保证实验的一致性和可比性。农产品在采集后立即进行清洗，以去除表面的杂质和污染物，然后使用无菌水浸泡30分钟，以减少表面残留农药的干扰。浸泡后的农产品在通风良好的条件下晾干，并置于-20℃的冷冻库中保存，以备后续实验使用。

(2)实验过程中，首先对农产品中的腐霉利含量进行初步检测，以确保实验材料的腐霉利残留量在可控范围内。检测方法采用高效液相色谱法（HPLC），分析条件为C18色谱柱，流动相为乙腈-水，检测波长为230nm。样品处理过程中，将农产品研磨成粉末，加入适量乙腈提取，超声处理30分钟，离心分离，取上清液进行HPLC分析。通过初步检测，确定实验材料的腐霉利残留量在0.1-1.0mg/kg之间。

(3)为了研究肠道微生物对腐霉利生物可给性的影响，本研究采用SHIME模型模拟人体肠道环境。SHIME模型由多个连续的反应器组成，分别模拟口腔、胃、小肠和大肠的环境。实验过程中，首先将采集的肠道微生物样本接种于反应器中，经过一段时间的培养，使微生物群落稳定。然后将不同农产品添加到SHIME模型中，模拟人体摄入农产品后肠道微生物对其中的腐霉利进行降解和转化的过程。在实验过程中，定期监测反应器中的腐霉利含量，以评估肠道微生物对腐霉利的降解效果。同时，对反应器中的微生物群落结构进行实时监测，分析微生物群落的变化对腐霉利生物可给性的影响。实验数据通过SPSS软件进行统计分析，以确定肠道微生物对腐霉利生物可给性的影响程度。

三、3.结果与分析

(1)实验结果显示，13种农产品中腐霉利的初始残留量存在显著差异，其中黄瓜和西红柿的残留量最高，分别为1.2mg/kg和1.0mg/kg，而大米的残留量最低，为0.3mg/kg。在SHIME模型中，经过72小时的模拟肠道环境处理，腐霉利的降解率在所有农产品中均达到60%以上。具体来说，黄瓜和西红柿中的腐霉利降解率最高，分别为75%和70%，而大米的降解率为65%。这一结果表明，肠道微生物对腐霉利的降解能力与农产品种类密切相关。

(2)通过对SHIME模型中微生物群落结构的实时监测，我们发现，在腐霉利降解过程中，肠道微生物群落发生了显著变化。在实验开始时，优势菌种主要为拟杆菌门和厚壁菌门，而在腐霉利降解过程中，厚壁菌门的比例逐渐增加，而拟杆菌门的比例则有所下降。具体数据表明，厚壁菌门的比例从实验前的40%增加到实验后的60%，而拟杆菌门的比例从实验前的60%下降到实验后的40%。这一变化可能与厚壁菌门中某些菌株具有降解腐霉利的酶活性有关。

(3)为了进一步验证肠道微生物对腐霉利降解的影响，我们选取了具有代表性的菌株进行纯培养实验。结果表明，厚壁菌门中的某些菌株，如Enterococcusfaecalis和Streptococcusthermophilus，对腐霉利具有显著的降解能力。在纯培养实验中，这两种菌株对腐霉利的降解率分别达到80%和75%。此外，我们还发现，在含有腐霉利