抗生素是世界上使用最广泛的药物之一,因其具有抑菌效果,广泛用于细菌感染防治、畜禽水产养殖中。但大部分抗生素很难被人和其他生物降解,含有抗生素的废水也成为污水处理厂难以处理的一类具有生物毒性和难降解的有机废水。抗生素大量排放进入环境,对环境造成了巨大污染,同时给微生物多样性带来了威胁。一直以来,抗生素废水处理问题没有得到很好的解决,许多研究者从工艺层面对该问题进行了探讨,提出了一些物化方法来处理抗生素废水,但效果并不理想。生物处理仍然是抗生素废水处理的重要思路,但相关的机理研究比较匮乏,特别是抗生素与微生物作用的微观机理鲜有涉及。拉曼光谱作为一种“指纹”光谱,由于其无损、非侵入和能在水环境中检测的优点,在医学和生物学中有着极其重要的应用。因此,拉曼光谱是一种研究微生物内生化过程的有力工具,可以将其用于抗生素废水处理中生物过程的微观机理研究。为了探究抗生素与微生物作用的相关机理,本论文利用拉曼光谱,监测抗生素胁迫下细菌内的物质变化,进而探究抗生素对细菌产生影响的途径和方式。主要完成了以下工作:(1)筛选具有抗性的目标细菌。选用头孢他啶作为实验用抗生素,从普通活性污泥中筛选出了对头孢他啶具有抗性的的菌株,然后将这些菌株在含有头孢他啶溶液中培养,利用液相色谱仪对溶液中残留的头孢他啶进行含量分析,确定这些细菌对头孢他啶的降解能力。最终,得到4株对头孢他啶具有一定降解能力的细菌,作为后续实验的目标菌种。通过16SrRNA基因测序对这四株菌株进行鉴定,结果分别属于气单胞菌属、芽孢杆菌属和红球菌属。(2)利用拉曼光谱对筛选出的四株菌株进行特征峰测试。首先对细菌拉曼光谱的优化条件进行了探究。选取了普通玻璃、石英片及氟化钙作为对比基底,分别测试同种细菌的拉曼光谱,结果显示普通玻璃片的荧光背景很强,不适宜作为细菌拉曼测试的基底,而氟化钙的荧光背景最少,是最理想的基底材料。同时,论文还对同种细菌的单个细菌及多菌体的拉曼光谱进行了对比,虽然是同种菌体,两种样品的拉曼光谱并不一样。单个细菌的拉曼光谱信号较弱,信噪比低,不同的采样点,拉曼光谱也不尽相同,一方面说明了单个细菌的异质性,另一方面也说明了拉曼光谱能够区分细菌不同部位的物质信息;而多菌体的拉曼光谱信号较强,噪音小,但不同采样点的信号基本相同,说明了多菌体拉曼光谱更多的反映的是平均信号。利用石英片作为基底,各菌株的多菌体为样品,得到了四株菌株的拉曼光谱,其中蛋白质和核酸的拉曼信号较强,占大部分信息,而脂质、糖类信号较少。通过PCA(Principle component analysis)主成分分析,对四株菌株进行了区分,其结果与基因测序结果一致,说明拉曼光谱对细菌具有识别能力。(3)通过拉曼光谱及拉曼光谱成像,对受头孢他啶胁迫的细菌体内发生的生化过程进行了探究。首先通过PCA主成分分析,对耐受抗生素的细菌和没有耐受抗生素的细菌拉曼光谱进行了对比,提取了特征峰,结果显示细菌耐受抗生素胁迫时,氨基酸和脂质会发生变化。同时,拉曼成像中,细菌经受抗生素胁迫时,代表着苯丙氨酸的峰1002cm-1明显增强,而代表脂质的峰1172cm-1的峰强有所减弱。得到结论,细菌在受到抗生素刺激时,一方面细胞内脂质含量减少,可能是膜的通透性发生了变化,另一方面细菌会通过调节相关酶的活动来抵抗外界刺激,所以某些氨基酸含量会增加。本文通过拉曼光谱对细菌与抗生素的作用过程进行了一定研究,初步探讨了拉曼光谱用于抗生素与废水处理微生物作用机理研究的可行性,也为日后更深入的微生物生化过程的动态研究奠定了基础。