（环境科学专业论文）兽药磺胺间甲氧嘧啶对土壤和植物的生态毒性效应研究.pdf

摘要 集约化、规模化养殖业的快速发展，各种兽药和饲料添加剂的广泛使用，导致大量 兽药随动物粪便排出体外。含有残留兽药的粪便作为有机肥施入农田可造成农业土壤污 染，对人类健康和土壤生态系统产生潜在危害。为评价兽药污染对生态环境造成的潜在 风险，研究了常用兽药磺胺间甲氧嘧啶( s m m ) 对土壤和植物的生态毒理效应。 采用室内培养的方法，研究了s m m 对黄潮土土壤微生物呼吸及土壤酶活性的影响。 实验结果表明，s m m 可显著影响土壤呼吸强度，抑制率和激活率可分别高达7 2 和 2 5 4 。药物对土壤酶活性的影响小于其对土壤呼吸强度的影响。在添加s m m 的前l ld ， 其对脲酶活性的影响主要以抑制作用为主；药物对蔗糖酶活性的影响较为明显，最大抑 制和激活率可分别达到1 8 和3 0 ；s m m 作用于过氧化氢酶和磷酸酶主要表现为激活 效应，最大激活率分别为1 7 和2 5 。在试验浓度范围内，土壤呼吸及酶活性的抑制率 或激活率呈现一定的波动性。 采用急性毒性试验方法，研究了s m m 单一及s m m c d 复合污染对4 种作物( 小麦、 白菜、萝卜和西红柿) 种子发芽、根伸长及芽伸长的影响。结果表明，在单一s m m 作 用下，根伸长抑制率和芽伸长抑制率与药物浓度显著相关( p o 0 5 ) ；药物对根伸长及芽伸长的抑制高于对种子发芽的抑制；s m m 对4 种作物根伸长的i c 5 0 ( 抑制率为5 0 时污染物浓度) 分别为3 3 7 、4 4 1 、8 8 2 、4 9 3m g k g ， 即4 种作物在s m m 的胁迫下，其敏感性顺序为：白菜 萝卜 小麦 西红柿。在s m m c d 复合污染实验中，随s m m 浓度的增加，3 个不同c d 处理( 0 、2 0 0 、5 0 0m g k g 1 ) 对作物 根( 芽) 伸长抑制率的差异逐渐减小，当抑制率高于6 0 时，高c d ( 5 0 0m g k 9 1 ) 作用下， s m m 对白菜和萝卜的根( 芽) 伸长的影响小于低c d ( 0 、2 0 0m g k g 。) ；在高c d ( 5 0 0m g 。k 9 1 ) 作用下，二者的联合效应中c d 起主要作用。 对小麦幼苗生理毒性实验表明，高浓度( 1 0m g k 9 1 和2 0m g k g j ) s m m 在胁迫后期 叶片中叶绿素含量显著低于对照；小麦幼茁根系中可溶性蛋白质( s p ) 含量及s o d 活性在 s m m 处理后的ld 显著下降，且有较好的剂量效应关系，表明根系中s p 含量和s o d 活性可以作为s m m 污染胁迫的生物标记物；s m m 胁迫下，小麦幼苗叶片和根中m d a 含量大都有所增加，且对根系的损伤较叶片大，在胁迫后期各处理m d a 含量与对照之 间没有显著性差异；叶片p o d 活性在s m m 胁迫下呈现出先下降后上升的趋势，根系 p o d 活性被激活，小麦幼苗根系的p o d 活性大于叶片p o d 活性。 关键词：土壤污染，生态毒性，磺胺间甲氧嘧啶，酶活性，抑制率 i i a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e n s i v ea n dl a r g e s c a l eb r e e d i n gi n d u s t r y , av a r i e t yo fv e t e r i n a r y d r u g sa n df e e da d d i t i v e sw e r ew i d e l yu s e d ，w h i c hr e s u l t e dal a r g en u m b e ro fd r u g sw e r ed i s c h a r g e di n t o e n v i r o n m e n tw i t ha n i m a lf e c e s t h ea n i m a le x c r e m e n t sc o n t a i n i n gv e t e r i n a r yd r u g sm a n u r e di n t of i e l ds o i l s w o u l dr e s u l ti na g r i c u l t u r a ls o i lp o l l u t i o n ，a n dw h i c hd r e wa ni m p o r t a n tp o t e n t i a lt h r e a to nt h eh u m a n h e a l t ha n de c o s y s t e m t oe v a l u a t et h e p o t e n t i a lt o x i c o l o g i c a l e f f e c t so f v e t e r i n a r yd r u g s ，t h e e c o t o x i c o l o g i c a le f f e c t so fs u l f a m o n o m e t h o x i n e ( s m m ) o ns o i lm i c r o b i a la n dp l a n tw e r es t u d i e d t h ee f f e c t so fs m mo ns o i lr e s p i r a t i o na n de n z y m ea c t i v i t yw e r es t u d i e di ny e l l o wf l u v o a q u i cs o i lb y i n d o o rc u l t i v a t i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts o i lr e s p i r a t i o nw a si n f l u e n c e do b v i o u s l yu n d e rt h es t r e s so f s m m ，t h ei n h i b i t i o nr a t ea n da c t i v a t i o nr a t er e a c h e d7 2 a n d2 5 4 ，r e s p e c t i v e l y t h ee f f e c to ne n z y m e a c t i v i t yb ys u l f a m o n o m e t h o x i n ew a sm u c hl e s st h a nt h es o i lr e s p i r a t i o n ，w h i c hd e m o n s t r a t e dt h ef a c tt h a t s o i lr e s p i r a t i o nw a sm u c hm o r es e n s i t i v eu n d e rt h es t r e s so ft h ed r u g s u l f a m o n o m e t h o x i n eh a di n h i b i t i o n o ra c t i v a t i o ne f f e c to nt h ea c t i v i t i e so ft h et e s t e ds o i le n z y m e s u r e a s ea c t i v i t yw a si n h i b i t e db e f o r et h e1lt h d a yo ft h et e s tt i m e ；i n v e r t a s ea c t i v i t yw a si n h i t i t e da n ds t i m u l a t e ds i g n i f i c a n t l y , t h er a t i or e a c h e d 18 a n d 3 0 ，r e s p e c t i v e l y w h i l ec a t a l a s ea c t i v i t ya n dp h o s p h a t a s ea c t i v i t yi n s o i lw e r em a i l ya c t i v a t e d ，t h e m a x i m a la c t i v a t i o nr a t e sr e a c h e d17 a n d2 5 ，r e s p e c t i v e l y , u n d e rt h es t r e s so ft h ed r u g ；i n a d d i t i o n ，t h e a c t i v i t i e so fs o i lr e s p i r a t i o na n dt h ef o u rt e s t e ds o i le n z y m e sf l u c t u a t e dw i t ht i m e u s i n gt h ea c u t et o x i c i t yt e s t ，t o x i ce f f e c t so fs m ma n ds m m - c do ns e e dg e r m i n a t i o na n dt h e e l o n g a t i o no fr o o ta n ds h o o to fw h e a t ( t r i t i c u ma e s t i v u ml ) ，c h i n e s ec a b b a g e ( s o l a n u m r a d i s h ( r a p h a n u ss a t i v u sl ) a n dt o m a t o ( s o l a n u ml y c o p e r s i c u m ) w e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h e r ew a sad o s e - r e s p o n s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fs m ma n dt h ei n h i b i t o r yr a t eo f c r o pr o o te l o n g a t i o na n ds h o o te l o n g a t i o n ( p 0 0 5 ) t h ei n h i b i t o r ye f f e c to fs m mo nr o o t a n ds h o o te l o n g a t i o nw a sm u c hs t r o n g e rt h a nt h o s eo ns e e dg e r m i n a t i o n i c 5 0 ( t h ec o n c e n t r a t i o nw h e nt h e i n h i b i t o r yr a t er e a c h e d5 0 ) o fs m m o nr o o te l o n g a t i o no fw h e a t ，c h i n e s ec a b b a g e ，r a d i s ha n dt o m a t ow a s 3 3 7 ，4 4 1 ，8 8 2a n d4 9 3m g k g ，r e s p e c t i v e l y ，w h i c hm e a n tt h a tt h es e n s i t i v i t yo fs m m o i lt h ef o u rc r o p s i l i w a s c h i n e s ec a b b a g e r a d i s h w h e a t t o m a t o i nt h ej o i n te f f e c t so fs m ma n dc d ，t h ei n t e r a c t i v ee f f e c t so f t h et w op o l l u t a n t so nr o o ta n ds h o o te l o n g a t i o no ft h ef o u rc r o p sw e r ev e r yc o m p l i c a t e d w i t hi n c r e a s i n g c o n c e n t r a t i o no fs m m ，d i f f e r e n c e sa m o n gt h r e ec d sc o n c e n t r a t i o n ( o 、2 0 0 、5 0 0m g k g 。1 ) o nt h ei n h i b i t o r y r a t eo fr o o t ( s h o o t ) d o n g a t i o nw e r ed e c r e a s e d ，w h e nt h ei n h i b i t o r yr a t eh i g h e rt h a n6 0 ，t h ee f f e c t so f s m m - c d ( 5 0 0m g k g 。1 ) o nt h eg r o w t ho fc h i n e s ec a b b a g ea n dr a d i s hw e r el e s st h a ns m m c d ( 0 、2 0 0 m g k g 1 ) a tt h eh i g hc o n c e n t r a t i o no fc d ( 5 0 0m g k g 。1 ) ，j o i n tt o x i c i t yo fs m ma n dc dw a sm o r c d e p e n d e n to nc d p h y s i o l o g i c a lt o x i c i t yo fw h e a ts e e d l i n g ss h o w e dt h a tc h l o r o p h y l lc o n t e n tw a ss i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a n t h ec o n t r o lu n d e rt h el a t es t r e s so fh i g hc o n c e n t r a t i o ns m m ( 1 0m g k g a n d2 0m g k g 。1 ) t h es i g n i f i c a n t d e c r e a s eo fs o l u b l ep r o t e i n ( s p ) c o n t e n ta n ds o d a c t i v i t yi nw h e a ts e e d l i n gr o o tw a sd e t e c t e da f t e r1d a y e x p o s u r eo fs m m ，a n dd o s e - r e s p o n s er e l a t i o n s h i pw a sf o u n do n1d a y , s ot h e yc o u l db ec o n s i d e r e da s b i o m a r k e r so fs t r e s sb ys m mi ns o i l t h el e v e lo fm d ai n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb o t hi nl e a v e sa n d r o o t ，b u t t h ed i f f e r e n c ew a sn o ts i g n i f i c a n ta tt h el a s td a yo ft h et e s t u n d e rt h es t r e s so fs m m ，p o da c t i v i t yi n l e a v e sd e c r e a s e df i r s t l ya n dt h e ni n c r e a s e d ，p o da c t i v i t yi nr o o tw a si n d u c e dt oi n c r e a s e ，a n dp o da c t i v i t y e c o l o g i c a lt o x i c i t y , s u l f a m o n o m e t h o x i n e ( s m m ) ，e n z y m ea c t i v i t y , 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目蜀专v 第一章文献综述1 1 1 前。言l 1 2 兽药消费及其在环境中的残留状况1 1 2 1 兽药的消费状况1 1 2 2 兽药在环境中的暴露途径2 1 2 3 兽药在环境中的残留状况3 1 3 兽药污染对微生物的生态毒理学效应5 1 3 1 兽药对微生物群落结构和功能的影响5 1 3 2 兽药对微生物群落诱导抗性的影响6 1 4 兽药污染对植物的生态毒理学效应7 1 4 1 植物对兽药的吸收7 1 4 2 兽药对植物的毒性效应8 1 5 兽药污染对动物的生态毒理学效应一8 1 5 1 兽药对水生动物的影响8 1 5 2 兽药对陆生动物的影响9 第二章实验研究内容1 1 2 1 课题来源1 1 2 - 2 研究目的与意义1 1 2 3 研究内容12 2 3 1 兽药s m m 对土壤微生物的生念毒性试验1 2 2 3 2 兽药s m m 对高等植物的急性毒性试验1 2 2 3 3 兽药s m m 对小麦幼苗生理毒性试验1 2 2 4 设计路线12 v 第三章兽药磺胺间甲氧嘧啶对土壤呼吸及酶活性的影响1 5 3 1 前言1 5 3 2 实验材料1 5 3 3 实验设计与方法1 6 3 3 1s m m 对土壤呼吸强度的影响1 6 3 3 2s m m 对土壤酶活性的影响1 6 3 3 3 测定原理与方法1 7 3 3 4 数据处理与分析2 0 3 4 结果与讨论2 0 3 4 1s m m 对土壤微生物呼吸的影响2 0 3 4 2s m m 对土壤脲酶活性的影响2 1 3 4 3s m m 对土壤蔗糖酶活性的影响2 2 3 4 4s m m 对土壤过氧化氢酶活性的影响2 3 3 4 5s m m 对土壤磷酸酶活性的影响2 4 3 5 结论2 5 第四章磺胺间甲氧嘧啶对作物种子发芽与根伸长的影响2 7 4 1 前占2 7 4 2 材料与方法2 7 4 2 1 实验材料2 7 4 2 2 实验方法2 8 4 2 3 数据分析2 8 4 3 结果与讨论2 8 4 3 1s m m 对作物种子发芽与根伸长的抑制效应2 8 4 3 2s m m 对4 种作物生态毒性效应的比较31 4 3 3c d 胁迫下s m m 对作物发芽的生态毒性效应3 l 4 4 结论3 6 第五章磺胺间甲氧嘧啶对小麦幼苗生理机能的影响3 9 5 1 前言一3 9 5 2 实验原理与方法3 9 v l 5 2 1 植物培养3 9 5 2 2 粗酶液的提取4 0 5 2 3 测定原理与方法4 0 5 2 4 数据处理4 4 5 3 结果与讨论4 4 5 3 1s m m 对小麦幼苗叶片叶绿素含量的影响4 4 5 3 2s m m 对小麦幼苗可溶性蛋白质( s p ) 含量的影响4 4 5 3 3s m m 对小麦幼苗m d a 含量的影响4 6 5 3 4s m m 对小麦幼苗p o d 活性的影响4 7 5 3 5s m m 对小麦幼苗s o d 活性的影响4 8 5 4 结论5 0 第六章总结与展望5 1 6 1 研究结论5 1 6 2 研究展望5 2 参考文献5 3 致谢一6 1 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 3 独创性声明与关于论文使用授权的说明6 5 v i l 第一章文献综述 1 1 前言 第一章文献综述 兽药( v e t e r i n a r yd r u g s ) 指用于预防、治疗、诊断动物疾病或者有目的地调节动物 生理机能的物质( 含药物饲料添加剂) ，主要包括：血清制品、疫苗、诊断制品、微生 态制品、中药材、中成药、化学药品、抗生素、生化药品、外用杀虫剂及消毒剂等【l j 。 长期以来，兽药在保障动物健康，提高畜禽生产力，促进养殖业发展，改善人民的生活 水平方面起到了重要的作用。然而，近年来，规模化养殖业的快速发展，各种兽用抗菌 药、抗寄生虫药、消毒药及生长促进剂等大量被用于防治各种畜禽疾病也带来了两方面 的负面影响【2 - 3 1 ：一是大量兽药进入畜禽产品中，致使动物性食品中的药物残留越来越 严重，这些残留药物可随畜禽产品进入人体并对人体产生直接或间接的毒性作用，可能 导致人体内病原菌的耐药性增加，甚至产生“三致”作用( 致癌、致畸、致突变作用) 等，对人类健康和公共卫生构成威胁；另一方面，各大型养殖场的动物使用的兽药和饲 料添加剂经动物体代谢后大部分会以原药或代谢物的形式随动物的粪便和尿液排出体 外，进入生态环境中，使土壤、水体等生态环境受到污染，影响其中的动植物和微生物 的正常生命活动，并可能通过食物链影响人类的健康【4 1 。为此，本文着重阐述了兽药在 生态环境中的残留状况，并综述了环境中残留兽药对其微生物、植物和动物的生态毒理 效应研究进展情况。 1 2 兽药消费及其在环境中的残留状况 1 2 1 兽药的消费状况 兽药按其用途大致可分为四类：一般疾病防治药；传染病防治药；体内、体 外寄生虫病防治药；促生长药。养殖业中使用的兽药达上百种，并且兽药使用的种类 及数量呈逐年增加的趋势，表1 1 列举了目前养殖业中常使用的兽药种类。畜牧养殖业 的快速发展，使兽药在世界范围内得到广泛使用。据统计，1 9 9 6 年全世界抗生素总产量 的7 0 左右用于畜牧业【5 1 。欧盟国家主要使用抗生素类和抗寄生虫类药物【6 1 ，其中抗生 素类药物约占所有兽药用量的7 0 以上【刀。欧共体每年抗生素的消耗量高达5 0 0 0t ，其 兽约磺胺间甲氧嘧啶对十壤和植物的生态毒性效应研究 中四环素类兽药用量达2 3 0 0t 【8 】。在丹麦每年兽药和饲料添加剂消费量约为1 6 5t 9 1 。与 此同时，各国每年用于动物健康上的药物花销也是惊人的。据粗略统计，1 9 9 6 年美国兽 用药物总花销约为3 3 亿美元，主要用于购买预防和诊治动物疾病类药物、促生长类药 物、提高畜禽免疫能力的疫苗类药物等【1 0 1 。我国目前尚缺乏兽药的使用种类及数量相关 方面的信息，有报道表明，我国已成为世界磺胺类药物的主要生产国和出口国，并且产 量持续增长，在上世纪9 0 年代中期，磺胺类药物产量就突破l 力t ，2 0 0 3 年产量突破 了2 万t 【1 1 1 。在发达国家，磺胺类药物大多作为畜禽疾病治疗及预防用药添加到饲料中， 用量较大且需求稳定。在英国和新西兰，磺胺类药物是第二类使用最广的药物之一，每 年销售量分别占兽用抗微生物药的2 1 和2 5 【l l 】。 表1 - 1 养殖业中主要使用的兽药种类f 3 1 1 2 2 兽药在环境中的暴露途径 兽药进入生态环境的途径主要有三方面【2 ，1 2 】：1 ) 药物随动物粪尿排出体外，含有残 留兽药的动物粪便作为有机肥施入土壤，造成农业土壤污染，从而影响土壤生态系统； 2 ) 土壤中的残留药物或其代谢产物在土壤的淋沈作用下发生迁移，使地下水受到威胁； 3 ) 渔场中使用的药物和饲料添加剂，直接排入表层水体中，影响水生生物，并且渔场的 污泥常被用做土壤调节剂，其中残留的药物最终也将进入农业生态系统。图1 1 显示了 兽药在环境中的预期暴露途径【1 3 】。如图1 1 所示，兽药通过不同途径进入土壤和水体生 念系统，并分布于土壤和水体中，对其中的生物及人体健康构成潜在的危害。 第一章文献综述 图1 - i 环境中兽药的预期暴露途径【1 3 】 1 2 3 兽药在环境中的残留状况 ( 1 ) 兽药在水环境中的残留状况 绝大多数抗生素是水溶性的，研究表明：抗生素类药物一般有6 0 9 0 随动物粪便 排出体外 7 】，某些药物以母体化合物形式排出比例甚至高达9 5 t 1 4 】，抗生素对水环境的 污染首当其冲。如图1 1 所示，兽药可以随动物排泄物进入污水或直接排入水体中，并 可以通过地表水可以下渗至地下水。目前，有关地表水和地下水中兽药的检出和污染情 况的报道较多。美国u s g s 对3 0 个州1 3 9 条河流的样品进行了调查，检测到2 1 种抗生 素残副15 1 。k a y 等检测到地表径流中的土霉素浓度高达3 2 “g l 一；b o x a l l 等在表层 水体中检测到洁霉素和磺胺嘧啶的浓度分别为2 1 1 和4 1 3i t g l ；c a m p a g n o l o 1 8 】等在大 型养殖场粪便池中检测到多种兽用抗生素( 浓度 1 0 0p , g l 1 ) ，并在附近的地表水及地下 兽约磺胺间甲氧嘧啶对十壤和植物的生态毒性效应研究 水中检测到同类的抗生素；h i r s c h 等【8 】在农业区地下水中检测到磺胺嘧啶和磺胺甲基异 嗯哗的含量分别为：o 0 4 和o 4 7 g l 一。另外，渔场使用的药物可能长期存积于底泥或 沉积物中，c a p o n e 掣1 9 】研究发现，海洋沉积物中土霉素的含量高达5 0 0 4 0 0 0 “g k 9 1 ， g i o r g i a 等【2 0 】也在养殖场底泥中也检测到四环素和氟甲喹的最高浓度分别为2 4 6 3 和 5 7 8 8g g k 9 1 。 ( 2 ) 兽药在土壤环境中的残留状况 含有大量残留兽药的养殖场粪尿进入土壤后造成农业土壤污染 2 m 2 1 ，并且这些兽药 很可能在土壤中积累。一些研究表明，目前土壤中的兽药残留浓度介于p g k g 。1 级到g k g 1 级【3 , 2 3 。在瑞士牧场检n n 土壤中磺胺甲嘧啶药物高达2 0m g k g 1 【2 4 】。w i n c k l e r 和g r a f e 2 5 】 的调查发现，四环素类抗生素在土壤中的持久性残留浓度高达4 5 0 9 0 0p g k g 1 。另据 h a m s c h e r 等【2 6 】手艮道，长期用动物排泄物施肥的表层土壤中，检测到土霉素和氯四环素 的残留量分别高达3 2 3m g k g - 1 和2 6 4m g k 9 1 。在荷兰，有研究推测，若将荷兰在饲料 中使用的所有兽药促生长剂分散在2 0 0 万h m 2 的耕地上，那么每平方米的耕地上会发现 1 3 0m g 的抗生素及其代谢物，实际上，药物的分布不可能如此均一，因此部分地区的兽 药浓度要远高于平均值【2 7 】。我国目前对养殖系统兽药的残留已有少量报道【2 8 。2 9 1 ，张树清 等对我国7 省、市、自治区的典型规模化养殖场畜禽粪便的主要成分进行分析，结果 表明，猪粪中土霉素的最高含量为1 3 4 7 5m g k g ；四环素最高为7 8 5 7m g k 分1 ；金霉素 为1 2 1 7 8m g k 9 1 。 动物体内的兽药最终经粪尿等排泄物进入土壤中，因此动物粪便土壤系统中药物 的迁移转化是一个值得关注的f j 题。国外一些学者对此已有一些研究。a g a 等【3 0 】研究了 抗生素在动物粪便土壤中的迁移规律，他们每天给每头牛喂7 5m g 土霉素，喂养约5 个月后，将牛粪便施入土壤，发现在粪便施入土壤2 2d 后，肚5c m 的表层土壤中四环 素类抗生素及其代谢产物总含量高达2 8 1 3 4m g k g ；d el i g u o r o 等也做了类似的研 究，他们连续5d 给出生2 0d 的小牛喂养土霉素，剂量为每天6 0m g k g d ( 小牛重约6 5 k g ) ，喂养1 5d 后，再连续5d 喂养泰乐菌素，剂量为每天2 0m g k 9 1 ，在喂养结束后第 2d ，检测到粪便中土霉素和泰乐菌素浓度分别高达8 7 1 7m g k g 。1 和1 1 5 5m g k g - 1 。 目前，我国缺乏相关方面的研究，对于抗生素在土壤环境中的存在和污染情况报道 很少，可能由于重视程度仍然不够，但以上研究结果表明，兽药在土壤中的残留量还是 较高的，其对土壤生态环境可能造成的危害不应忽视。 4 第一章文献综述 1 3 兽药污染对微生物的生态毒理学效应 1 3 1 兽药对微生物群落结构和功能的影响 微生物是土壤生态系统的重要组成部分，其生态平衡的失调必然会影响到土壤的肥 力和质量。而兽药是用来抑制病原菌的生长，并且残留于环境中的兽药大部分仍然具有 生物活性，因此，土壤中残留的兽药可显著影响微生物的生物活性。k o n g 等【3 2 】将土壤 中提取的微生物群落暴露于含有土霉素水溶液后，发现土壤微生物群落功能多样性随土 霉素的浓度升高显著降低。王加龙等【3 3 】研究了恩诺沙星对土壤微生物数量及群落功能多 样性影响，其研究结果表明，恩诺沙星对土壤微生物影响的强弱顺序为：细菌 放线菌 真菌；土壤微生物群落的功能多样性指数差异明显，低浓度的恩诺沙星残留不影响土壤 微生物群落功能的多样性，而高浓度的恩诺沙星则降低了微生物群落功能的多样性，药 物浓度与土壤微生物的多样性成反比。某些兽药中还有重金属，对微生物也有一定的抑 制作用，且兽药与重会属的复合污染可能对土壤微生物的造成更大的影响。k o n g 等【3 2 j 的研究结果表明，土霉素与c u 复合污染对土壤微生物群落功能的影响显著大于单一污 染物。b o l e a s 等【3 4 】研究发现，土壤中1m g k g 。的四环素即可显著抑制土壤磷酸酶和脱 氢酶的活性。张跃华等【2 9 】研究也发现：当阿维菌素的浓度达到1 2 5m g - k 蛋1 时，土壤微 生物的种群数量以及细菌、真菌、放线菌的生长速度都受到明显的抑制。但也有学者研 究发现，即使兽药在较高浓度下，对土壤微生物活性影响也不大。t h i e l e b m h n 等p 5 j 研 究了土霉素对两种不同的土壤表层中的微生物的毒性影响，结果表明，在土霉素含量高 达10 0 0l a g g - 1 时，土壤基础呼吸和脱氢酶活性仍未受到影响。这可能是因为土壤中大部 分微生物处于休眠状念【3 6 1 ，而微生物吸收兽药是一个需能的主动过程【37 1 ，休眠的微生物 必须氧化外界的碳源提供能量，才能将兽药分子转移至细胞内，因此，只有添加一定碳 源，兽药的毒性才能表现出来【3 】。 兽药对土壤微生物的作用与兽药种类、微生物种类和土壤因子( 如土壤有机质种类 和含量、p h 、矿物种类等) 等密切相关。v a nd i j c k 掣3 8 】研究了抗生素对3 6 种典型微生 物的作用，结果发现，只有7 种微生物对抗生素是敏感的，其生长受到明显的抑制，其 余2 9 种则不敏感。t h i e l e 3 9 】研究了9 种抗生素类兽药对土壤微生物的毒性作用，结果表 明，氯四环素和磺胺地索辛对微生物的e d 5 0 较低，分别为5 3 和5 8m m o l k g 一，而芬苯 哒哗和磺胺在实验最高浓度3 3 0 0 和5 8 0 0m m o l k g - 1 时，仍未对微生物产生显著的影响。 兽约磺胺间甲氧嘧啶对十壤和植物的生态毒性效戍研究 其研究结果还表明，兽药对土壤微生物的影响与受试土壤的有机质含量显著相关，有机 质含量越高，则药物对土壤微生物的影响越小。这可能是因为高有机质土壤对兽药的吸 附能力较强，从而降低了药物在土壤中有效性。 兽药对土壤微生物的毒性效应与也与二者的接触时间有关。土壤中1 0 “g k 蛋1 四环 素，8 周后显著抑制土壤代谢墒，1 6 周后抑制作用明显减轻，这说明随作用时间的延长， 土壤中的微生物可能对该兽药产生了一定的抗性【3 5 1 。另外，t h i e l e 等 3 5 1 研究了磺胺嘧啶 和土霉素对粘壤淋溶土和砂壤始成土呼吸强度的影响，结果表明，粘壤淋溶土在施入这 2 种兽药后，4 8 h 内对呼吸强度没有影响，4 8 h 后显著抑制土壤呼吸强度；砂壤始成土在 施药2 4 h 后显著抑制呼吸强度，4 8 h 后土壤呼吸强度又升高。 大部分兽药都有其作用靶标微生物，所以当特定兽药抑制其靶标微生物后，土壤中 便增加了大量的资源( 如碳源等) ，减少了其他微生物对土壤资源的竞争，对其生长产 生刺激作用，进而影响土壤微生物的群落结构和功能，对土壤生态系统产生不利的影响 【3 1 。w e s t e r g a a r d 等【4 0 1 的研究证实了结果，他们在研究泰乐菌素对土壤微生物的影响时， 发现泰乐菌素杀死土壤中的部分细菌( 泰乐菌素处理的细菌d g g e 条带比对照少) ，1 0d 后土壤中原生动物和真菌数量均显著高于对照，这说明原生动物和真菌有了较为充足的 食物来源，土壤的原微生物的群落结构遭到破坏。t h i e l e 等【3 5 】的研究也发现此规律，土 霉素和磺胺嘧啶在1 4d 内显著降低了土壤微生物量，但却增加了真菌数量。 1 3 2 兽药对微生物群落诱导抗性的影响 兽药污染土壤的另外一个潜在危害是诱导环境中微生物的抗药性发展。微生物为了 在抗生素污染环境中继续生存，通过改变生理生化与遗传特征或以抗性类群微生物代替 敏感性类群，由此也产生了一种新型的环境污染物一抗生素抗性基因( a n t i b i o t i c r e s i s t a n c eg e n e s ，a r g s ) 4 1 】。研究发现，环境中a r g s 的主要污染是动物养殖业造成的畜 禽粪便污染，动物体内的抗性菌株能通过粪便进入土壤环境，并将抗性基因传播给土壤 微生物【4 2 删，当携带a r g s 的微生物菌株死亡后，携带a r g s 的d n a 在脱氧核糖核酸 酶( d n a s e ) 的保护下不被降解，并且可在环境中持久存在，裸露的d n a 分子最终又转 入到其它生物体细胞内【4 5 - 4 7 ，并可能通过食物链进入人体。因此，抗生素抗性基因可在 同种生物个体甚至不同种生物个体之间的传播和扩散，对生态系统及人类安全构成重要 的危害【4 1 1 。 兽药污染下，微生物群落结构或生理生化指标不一定发生变化，但其抗性可能发生 6 第一章文献综述 显著变化【4 8 。4 9 1 ，目前土壤微生物抗性中研究较多的是群落诱导抗一l 生( p i c t ) 【引。p i c t 是将 微生物群落从土壤中提取出来，并将其暴露于不同浓度的兽药中，通过检测微生物群落 的死亡情况计算该兽药的半致死浓度( e c 5 0 ) ，根据e c 5 0 得出各土壤中微生物群落对该药 物的量化抗性。p i c t 检测兽药污染灵敏、方法简单，可采用多种方法测定，并且具有 直接因果关系，消除了土壤自身理化性质的影响，使污染物对不同生态系统的生态效应 可以相互比较，p i c t 目前已成为抗生素生态毒理学的研究热点【5 0 5 1 1 。 1 4 兽药污染对植物的生态毒理学效应 1 4 1 植物对兽药的吸收 相关研究表明，植物可吸收并累积兽药，且不同植物在根系和地上部累积药物量差 异很大，与植物对重金属及其它有机污染物的吸收类似，通常兽药在根中的累积量较大。 m i g l i o r e 等【5 2 】发现兽药在植物根系及地上部均可显著积累，但不同植物吸收和转运兽药 能力不同，所以植物不同部位累积兽药的能力差异很大。玉米根系积累兽药量叶积累兽 药量( r f ) 为2 1 6 ，大麦为1 2 ，这可能与植物代谢途径不同有关。此外，他们的研究还 证实，兽药在植物体内的累积量也与植物生长介质有关，在土壤和培养基中大麦的r f 值不同，并且发现r f 与土壤有机质含量呈负相关，有机质含量越高，则r f 越低。 m i g l i o r e 掣5 3 】研究了4 种植物( 黄瓜、莴苣、萝卜和菜豆) 对恩诺沙星的吸收机制，结 果发现4 种植物对恩诺沙星具有明显的累积效应，恩诺沙星初始浓度越高累积浓度就越 高，在处理3 0d 后，香瓜体内含量达8 0 7 9n g 9 1 ，莴苣3 9 0 6n g 9 1 ，菜豆1 2 3 3n g g ， 萝卜7 7 5 7n g g 1 。此外，研究还发现恩诺沙星在这4 种植物体内可被降解为环丙沙星， 降解率大约为植物体内吸收量的1 4 。植物的这种代谢可能带来交叉污染( c r o s s e d e n v i r o n m e n t a lc o n t a m i n a t i o n ) 1 5 3 】，兽药及其代谢物很可能会通过食物链进入人体，进而 诱导人体内大量抗药菌生长，对人体产生潜在的危害。 目前有关植物吸收兽药机理方面的研究还非常少【3 1 。k o n g 等【5 4 】通过一系列溶液培 养实验，对紫花苜蓿摄取土霉素的情况及土霉素对紫花苜蓿生长的影响进行了研究，结 果表明，土霉素可在紫花苜蓿根部显著累积，植物吸收土霉素的过程为主动吸收：土霉 素可通过影响紫花苜蓿根系生理过程显著抑制其生长，然而药物对紫花苜蓿吸收水分却 没有影响。 兽约磺胺问甲氧嘧啶对十壤利植物的生态毒性效应研究 1 4 2 兽药对植物的毒性效应 兽药对植物的毒性效应依兽药类型、植物种类和土壤特征不同存在很大差异【3 1 。 b o x a l l 等研究发现，土壤中1m g k 9 1 土霉素、恩诺沙星和保泰松对胡萝卜和莴苣生长 有显著的抑制作用，而相同浓度的磺胺嘧啶、甲氧苄啶、泰乐素等对胡萝卜和莴苣生长 没有