（环境科学专业论文）盐酸左氧氟沙星对水稻、玉米、小麦生长及生理特性的影响.pdf

其地上部的生长。 可见，o f l x 抑制水稻、玉米、小麦的生长、发育。o f l x 对农 作物的损伤是一个复杂的过程，其机理与o f l x 使植物抗氧化酶系统、 叶绿体和根系的功能损伤有关。在o f l x 作用下，农作物可通过自身的 酶机制可对不良环境作出保护性反应，但抗逆性差。o f l x 直接威胁到 农业的安全生产，因此需加强调控。 关键词：盐酸左氧氟沙星；水稻；玉米；小麦；萌发；叶绿素；可溶 性蛋白；抗氧化系统酶；根系活力 中图分类号：x 5 0 3 2 3 1 i i a b s t r a c t a n t i b i o t i c sc o u l de n t e rac r o pf il e db ym a n yw a y s ，s u c ha s w a s t e r w a t e ri r r i g a t i o n ，a p p l i c a t i o no fo r g a n i cm a n u r e t h e y h a v eb e c o m eo n eo fn e wp o ll u t a n t sa f f e c t i n gt h eg r o w t ha n d d e v e l o p m e n t i nc r o p s t h is s t u d y d is c u s s e dt h ee f f e c t so f l e v o f l o x a c i nh y d r o c h l o r i d e ( o f l x ) o nt h es e e dg e r m i n a t i o na n d s e e d li n gg r o w t ho fr i c e ，m a i z ea n dw h e a t ，w i t ht h ec h l o r o p h y l l ， s o l u b l ep r o t e i nc o n t e n ta n d c o m p o n e n t s ，r o o ta c ti v i t ya n d a n t i o x i d a n te n z y m es y s t e m s i tp r o v i d e ds c i e n t i f i cb a s i s a s s e s s i n ge c o l o g i c a lr i s k o ft h ea n t i b i o t i c st o c r o p t h e r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：o f l xh a dn os i g n i f i c a n te f f e c t so ns e e d g e r m i n a t i o nr a t e ，g e r m i n a t i o np o t e n t i a la n dg e r m i n a t i o ni n d e x o fr i c e s e e dg e r m i n a t i o nv i g o ri n d e x ，t h es e e d l i n gh e i g h t ，t h e n u m b e ro fr o o t s ，r o o t sl e n g t h ，c h l o r o p h y l lc o n t e n td e c l i n e dw i t h r i s eo fo f l xc o n c e n t r a t i o n a so f l xc o n c e n t r a t i o nw a si n c r e a s e d ， t h ea c t i v it i e s o fs u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ，p e r o x i d a s e ( p o d ) ine n d o s p e r ms h o w e df i r s ti n c r e a si n ga n dt h e nd e c r e a s i n g t r e n d ，t h ea c t i v i t i e so fc a t a l a s e ( c a t ) d e c l i n e dg r a d u a l l y t h e c h l o r o p h y llc o n t e n to fr i c el e a v e sd e c l i n e dw i t hi n c r e a s i n go f o f l xa tc o n c e n t r a t i o n b e l o w5 0 0 m g l w i t hc o n c e n t r a t i o no f o f l xi n c r e a s i n g ，t h ea c t i v i t i e so fs o dw e r e i n c r e a s i n g ，t h e i i i a c t i v i t i e so fp o d a n d c a tw e r ed e c li n i n g s o l u b l ep r o t e i n c o n t e n to fl e a v e si n c r e a s e dw i t ht h ec o n c e n t r a t i o n so fo f l x i n c r e a s i n g s d s p a g ea n a l y s i ss h o w e dt h a tn on o t a b l ec h a n g eo f s o l u b l ep r o t e i nw a so b s e r v e df o rc o n t r o la n do f l xt r e a t e d s a m p l e s r o o ta c t i v i t yi n c r e a s e d a f t e rt r e a t m e n tw i t h o f l x c o n c e n t r a t i o n b e l o w0 3 m g l 一1a n dd e c r e a s e da st h ec o n c e n t r a t i o n o fo f l xf u r t h e ri n c r e a s e d a tt h es a m et i m e ，t h es e e dg e r m i n a t i o n r a t e ，g e r m i n a t i o np o t e n t i a l a n dg e r m i n a t i o ni n d e xo fm a i z e d e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no f o f l x a so f l x c o n c e n t r a t i o nw a si n c r e a s e d ，t h e s e e d g e r m i n a t i o nv i g o r i n d e x ，t h es e e d l i n gh e i g h t ，r o o tl e n g t h ，t h en u m b e ro fr o o t ， c h l o r o p h y llc o n t e n ta n dt h ea c t i v i t i e so fs o d ，p o da n dc a ti n e n d o s p e r ms h o w e df i r s ti n c r e a s i n ga n dt h e nd e c r e a si n gt r e n d o t h e r w is e ，o f l xh a da ni n h i b it o r ye f f e c to nc h l o r o p h y l lc o n t e n t o fw h e a tl e a v e s w i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fo f l x ，t h e a c t i v i t i e so fs o da n d p o do fw h e a tl e a v e ss h o w e d f i r s t i n c r e a s i n ga n dt h e nd e c r e a s i n gt r e n d ，w h i c hw e r eh i g h e rt h a n t h o s eo fc o n t r o l ，a tt h es a m et i m e ，t h ea c t i v i t yo fc a tw a s i n c r e a s i n g s o l u b l ep r o t e i nc o n t e n to fl e a v e si n c r e a s e du n d e r o f l xs t r e s s ，w h i c hp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nr e s i s t i n gs t r e s s r o o ta c t i v i t yd e c l i n e da f t e rt r e a t m e n tw i t ho f l xc o n c e n t r a t i o n b e l o w5 0 0 m g l 一，w h i c hh a da ne f f e c to nt h eg r o w t ho fw h e a t i v s h o o t a l lo ft h e s es u g g e s t e dt h a to f l xi n h i b i t e dt h eg r o w t ha n d d e v e l o p m e n to fr i c e ，m a i z ea n dw h e a t t h ed a m a g eo fc o r p sw a s ac o m p l i c a t e dp r o c e s s ，w h i c hm i g h tb er e l a t e dt ot h ef u n c t i o n a l d a m a g eo fa n t i o x i d a n te n z y m es y s t e m s ，c h l o r o p l a s t sa n dr o o t s u n d e rt h ea c t i o no fo f l x ，c r o pc o u l dm a k ep r o t e c t i v er e a c t i o n t oe x t e r n a lb a de n v i r o n m e n tt h o u g hi t so w ne n z y m em e c h a n i s m s ， b u ts t r e s sr e s i s t a n c e o fc r o pw a sb a d o f l xi m m e d i a t e l y i n t i m i d a t e da g r i c u l t u r a lp r o d u c a t i o ns a f e t ya n dn e e de n h a n c e r e g u l a ti o n k e y w o r d s ：l e v o f l o x a c i nh y d r o c h l o r i d e ：r i c e ：m a i z e ：w h e a t ： g e r m i n a t i o n ：c h l o r o p h y l l ：s o l u b l ep r o t e i n ： a n t i o x i d a t es y s t e me n z y m e s ：r o o ta c t i v i t y v 学位论文原创性声明和关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均 己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：朱锂更一 细d 7 “刖伯 | 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州师范大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅； 本人授权贵州师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：拳幺也 导师签名： 叫年l 廷，日 ，强旷 1 1 研究背景 第一章序言 人类已生活在一个充满化学品的世界。目前我们日常生活和工农业生产所使 学品己多达1 0 0 0 0 0 种以上。近3 0 年来，环境中的化学品及其危害，已引起国际 环境科学界乃至公众的广泛关注。这些引起广泛关注的化学品污染物，大多具有 毒性大、含量微、易生物富集的特点。环境中的重金属、p o p s 等污染物越来越 受到世人的关注并引起了足够的重视。然而，与重金属、p o p s 相比，我们在生 活中接触最为频繁、用量最大的化学品抗生素对环境造成的负面影响，则一 直被忽视。只是在近年来才引起国内外少数学者的关注。 民以食为天，我国是传统的农业大国，环境中的抗生素对农作物会产生怎样 的影响? 这无疑是关系到国计民生的重大问题，关系到人和自然和谐发展的有待 回答的重大问题。 1 2 抗生素概述 抗生素( a n t i b i o t i c s ) ，指在低浓度下，能选择性抑制或杀灭其他微生物的微生 物代谢产物及其化学衍生物。也就是说抗生素能以低浓度抑制或影响活体生命过 程的次级代谢产物及其衍生物。抗生素的概念是不断扩大的，最初括对微生物的 作用，现在已经有抗真菌、抗病毒、抗寄生虫以及杀虫、除草生素。近年来把来 源于微生物的酶抑制剂也包括在抗生素中，总数已超过9 0 0 0 种( 肖永红等， 2 0 0 4 ) 。 1 2 1 常用抗生素的种类 自1 9 4 0 年青霉素应用于临床以来，人类开始广泛使用抗生素，并且在家饲 养、水产养殖和食品加工等方面也在广泛应用。很多抗生素在各种常见细菌疾病 的治疗中，发挥了重要的作用。目前抗生素的种类已达几千种，在临床上用的亦 有几百种。目前主要的抗生素类型包括( 徐维海，2 0 0 7 ) ： ( 1 ) 1 3 内酰胺类：1 3 内酰胺类抗生素是指化学结构中具有1 3 内酰胺环的 一大类抗生素，是抗生素中使用量最大的一类。主要包括青霉素和头抱菌素两大 类。有天然的和半合成的两类，都有一个b 内酞胺环。可通过抑制转肽酶干扰细 胞壁的合成，主要用于抗革兰氏阳性菌，但有些经过改造的可抗阴性菌。1 9 8 0 年全世界抗生素总产量为2 5 0 0 0 吨，其中青霉素1 7 0 0 0 吨，头孢1 2 0 0 吨。而到 了2 0 0 2 年，我国仅青霉素的产量就超过2 2 万吨，占全世界的7 0 。 ( 2 ) 喹诺酮类：喹诺酮类药物已经在我国人医和兽医临床上被广泛应用， 认为是理想的抗菌药物。哇诺酮类药物按发明的年代的先后和抗菌性能分为三 代。第一代：系指6 0 年代开发的，抗菌谱较窄、抗菌作用弱，主要包括蔡咤酸、 毗咯酸、恶喳酸等；第二代：系7 0 年代开发，抗菌谱有所扩作用有所增强，主 要对革兰氏阴性菌有效的抗菌药物。主要包括新恶酸、毗呱酸等；第三代：即氟 喹诺酮类药物，效果要远远高于第一代和第二代药物。主要包括环丙沙星 ( c i p r o f l o x a c i n ) 、氧氟沙星( o f l o x a c i n ) 、诺氟沙星( n o r f l o x a c i n ，氟哌酸) 、氟甲喹 ( f l u m e q u i n e ) 、托氟沙星( t o s u f l o x a c i n ) 和依诺沙星( e n o x a c i n ) 等。氟喹诺酮类药物 对链球菌和表皮葡萄球菌有抑菌和杀菌作用，抗菌力强、体内分布广、低残留、 安全性高、价格低廉，且与第一、第二代相比，抑菌和杀菌作用更加迅速、彻底。 ( 3 ) 大环内酯类：以大环内酯为母体，通过羟基以苷键和1 3 个糖分子 相连的抗生素，通常按内酯环的组成分为1 4 元环和1 6 元环等。临床常用的有 红霉素、罗红霉素、乙酞螺旋霉素、麦迪霉素和交沙霉素等，该类药属静止期 抑菌剂。 ( 4 ) 磺胺类药物：为氨苯磺胺( 简称磺胺) 的衍生物。磺胺的分子中一个苯 环，一个对位氨基和一个磺酚胺基。各种化学基团来取代磺酰胺基上的氢原子， 合成了大量有效的衍生物。临床常用的有磺胺嘧啶、磺胺甲嗯唑和甲氧苄啶等； 磺胺类药物是应用最早的一类人工合成抗菌药物，主要包括磺磺胺嘧啶 ( s u l f a d i a z i n e ，s d ) 、磺胺甲嗯唑( s u l f a m e t h o x a z o l e ) 、磺胺甲氧嘧啶 ( s u l p h a m o n o m e t h o x i n e ) 、磺胺间甲氧嘧啶( s u l p h a m o n o m e t h o x i n e ，s m m ) 、磺胺间 二甲氧嘧啶( s u l f a d i m e t h o x i n e ，s d m ) 、磺胺甲基嘧啶( s m i ) 、磺胺二甲基嘧啶 ( s u l p h a d i m i d i n e ，s m 2 ) 、磺胺甲氧嗪( s m p ) 等。磺胺类药物属于广谱抗菌药，血 液中最低有效浓度为0 0 5 m g m l 。具有抗菌谱广、疗效强、方便安全等优点。 ( 5 ) 四环素类：四环素类抗生素具有共同的基本母核，仅仅代基有所不同 的一类化合物。它们是两性物质，可与碱或酸反应而成盐。通常在碱性水溶液中 易降解，在酸性水溶液中则较稳定，故临床一般用其盐酸盐。主要包括四环素 ( t e t r a e y e l i n e ) ，土霉素( 氧四环素，o x y t e t r a e y c l i n e ) ，金霉素( 氯四环素， 2 c h l o r t e t r a c y c l i n e ) 和去甲金霉素( 我国已经不生产) 等。四环素类药快速抑菌剂，在 高浓度具有杀菌作用，抗菌谱广，价格便宜。 1 2 2 抗生素作用机理 抗生素主要通过以下几种方式达到作用( 肖永红等，2 0 0 4 ) - j ( 1 ) 抑制核酸的代谢：有些抗生素可抑制核酸的合成，其抑制机理是多种多 样的。例如，博莱霉素可引起d n a 链的断裂，丝裂霉素c 能与d n a 形成交联， 抑制d n a 的复制，利福霉素则通过与细菌r n a 聚合酶的结合来抑制转录反应。 ( 2 ) 影响蛋白质的合成：蛋白质的合成十分复杂，因此抑制的作用点也很多。 主要有：抑制氨基酸的活化。例如，吲哚霉素是色氨酸的类似物，能抑制蛋白质 合成的起始，抑制肽链的延伸；四环素可封闭小亚基的氨酞位点；氯霉素主要与 细菌核糖体的5 0 s 亚基结合而抑制肤酞基转移反应，使翻译提前终止。 ( 3 ) 改变细胞膜的通透性：多肽抗生素，如多粘菌素e 、短杆菌素s 等，具 有表面活性剂的作用，能降低细菌细胞膜的表面张力，改变膜的通透性，甚至破 坏膜的结构，从而导致细胞内物质外泄，促使细菌死亡。 ( 4 ) 干扰细胞壁的形成：青霉素、头饱菌素等可干扰细胞壁的形成，使细菌 变形，甚至破裂、死亡。 ( 5 ) 干扰细菌的能量代谢：如抗霉素a 、寡霉素等，是氧化磷酸化的抑制剂。 1 3 抗生素的使用状况、行为、归宿及危害 1 - 3 1 抗生素在我国的使用状况 抗生素除了广泛用于人们疾病的防治和治疗外，还广泛应用于家禽饲养水产 养殖及食品加工等。目前，全世界抗生素的用量，每年至少在2 0 万吨以上，其 中有将近4 万吨在我国使用。与世界其它国家相比，我国已成为抗生素使用大国。 目前我国使用量、销售量位于前列的抗生素类药品2 0 0 0 年产量达3 3 万吨，其 中主要以1 3 内酰胺类、喹诺酮类、大环内酯类、磺胺类、四环素类为主。2 0 0 7 年，我国使用量、销售量列在前1 5 位的药品中，有1 0 种是抗菌药。并且，近年 来，我国药品的种类和产量一直以较高的速度增长。图1 1 列出了我国目前用量 较大的几种抗生素所占的份额。( 徐维海，2 0 0 7 ) 由于抗生素具有广泛的抑杀菌能力，除了用于治疗人类疾病以外，5 0 年代 3 开始，抗生素也被普遍用于家禽、家畜和水产品的饲养过程以及肉产品加工过程。 丹麦每年有总数超过1 1 0 吨抗生素用作家禽生长素和鱼饲料添加荆。另外，为了 保鲜，在肉品加工过程中也添加一定的抗生素来抑制细菌的生长繁殖。计算结果 表明，渔场中约7 0 8 0 的抗生素虽终将进入环境。研究发现渔场底部沉积物 已具有一定的抗生素浓度和抗菌活性。( 徐维海，2 0 0 7 ) 图l 】我国不同抗生素的市场份额( 徐维海2 0 0 7 ) 1 3 2 抗生素在环境中的残害水平 用于人类疾病防治、家禽和水产养殖病害预防及饲料添加剂的抗生素，一 部在生物体内吸收或者转化，并以代谢物的形式排除体外。同时还有很大一将咀 原型药物的形式排除体外并直接进入环境。此外，用于产养殖以及生产过程中大 量残留的抗生素原型药物也将直接进入环境中。f l 前，在土壤、河流、地下水、 甚至饮用水中都检测到抗生素的存在，情况不容乐观。 日日口在地表水、地下水、饮用水和海水中已发现5 0 多种药物。1 9 9 9 和2 0 0 0 年，在美国1 3 9 条扛河中检测到包括抗生素在内的9 j 种有机废水污染物。其中 包括四环素类、大环内酯类、磺胺类和氟喹诺酮类等3 1 种抗生素，其浓度在 6 0 6 9 0 n gl “之间，红霉素和磺胺甲哮唑的浓度分别达到1 7 和l - 9 u g 一。在欧 洲易北河及河口，红霉素、罗红霉素等大环内酯类化合物是检出率较高的化合物， 含量范围在3 0 7 0 n 8l1 之间。1 9 8 5 年，有人芨现在英国李河有接近1 7 0 种残余 药物，预计抗生素的总浓度超过0l u gl 。 抗生素进入水体后，大部分将吸附到沉积物中。有人在施用家禽粪尿肥科 的土壤中发现氯四环素。研究显示在尿液肥料中，细菌能降解家禽排泄的药物代 谢物，使代谢物重新转化为活性物质。s h o r e 在鸡的粪尿中发现用作生长素的辜 丸激素和雌激素。h a m s c h e 等在液体粪肥中检测到四环素( t c ) 含量为4 0 m g k g 一， 而氯四环素( c t c ) 为0 1 m g k g ；在施用粪肥的土壤层中( 0 - 9 0 c m ) 未检测到土霉 素和泰乐菌素，而四环素( 1 0 一2 0 c m ) 和氯四环素( 0 3 0 a m ) 的最高平均浓度分别高 达1 9 8 7 u g k g 叫和4 6 7 3 u g k g 。w a r m a n 等在施用家禽粪肥的土壤中检测到四 环素残留。某些调查也显示了鱼塘沉积物中兽药抗生素的存在：其中土霉素浓度 在0 卜1 0 m g k g 。 1 3 3 抗生素进入环境的途径及其归宿 药物进入到环境后，即开始其表生地球化学过程。将在水体、悬浮物、底泥、 生物等环境介质中发生迁移、转化、配分、降解和消亡，并产生生物效应。 环境中，抗生素主要有三种可能的归宿：( 1 ) 最终转化成二氧化碳和水，如 阿司匹林；( 2 ) 具亲脂性且不易降解的部分抗生素本体留存在污水中；( 3 ) 代谢 为较为亲水的、稳定的物质，通过污水排入江河，如果这些代谢物具有生物活性， 将影响水生生物，如稳定的安妥明。抗生素也可残留在有机肥料中，进入土壤， 影响微生物和其他有益生物。另外，家畜饲料和家畜生长素伴随着粪便和尿液进 入有机肥料，也会影响土壤微生物。有机肥料中亲水性的抗生素及其代谢物经雨 水冲刷后会在土壤中流失。家禽饲料和家禽抗生素会形成有机肥料直接排放在土 壤上，局部浓度高，可能会影响土壤生物。排放在土壤的抗生素可能在土壤相中 转化，本体或代谢物进入地下水。鱼饲料中的抗生素则直接排放到江河中。然而， 大部分的饲料不是被鱼消耗，而是通过网箱积聚在渔场底部，并作用于水中生物。 另外，还有未知量的人用抗生素由于药厂生产过剩，成为废物排放到下水道。 综上所述，抗生素在水体、水体沉积物和土壤上的吸附和结合，是其主要 的环境归宿。 1 3 4 抗生素在环境中的持久性 药物在环境中的综合持久性，可以其半衰期加以表征。由于抗生素类药物种 类繁多，在化学结构和性质上，不同类的药物在环境中的持久性具有很大的差异。 相比较而言，抗生素在生物体内的残留代谢及其持久性的研究是比较深入的 5 ( b j o r k l u n dhv 1 9 9 0 ；e l e o n o r a ，2 0 0 1 等) ，很多药物在不同的生物体内的持久性 已经比较清楚( n i t e s k k , 2 0 0 3 ；k u n gk 1 9 9 3 ；胡功政1 9 9 9 ；祝万菊，2 0 0 3 ) 。然而，无 论是水环境还是土壤和沉积物环境，和生物体环境差异还是很大。总的来说，抗 生素类药物在环境中的持久性在一般情况下要远远大于在生物体内。国内外的研 究表明，各类药物在环境中的持久性由数天到几个月不等，甚至有的几年时间 ( r i e h a r d s o n ml ，1 9 8 5 ；z u e e a t oe ，2 0 0 1 ) 。当然，还有许多药物在环境中持久性还不 是很清楚，盐酸氧氟沙星在环境中的迁移、转换状况也没相关的报道。 霉素类抗生素、布洛芬具有较短的环境持久性( 大多 1 天) ；磺胺嘧啶、太乐 ( t y l o s i n ) 为1 个月到2 0 0 天，土霉素依环境不同为1 0 0 天到一年不等；而红霉素 素、四环素、乙烯雌酚、甲基多巴( m e t h y l d o p a ，镇痛药) 、柯地因( e o d e i n e ，药) 、 环磷酞胺( 抗肿瘤药) 等药物在环境中的存留期均大于1 年。对同一种药物，不同 研究者给出的环境持久性数据均有所不同，这无疑与各人所采用的方法和环境特 征有关( 徐维海，2 0 0 7 ) 。 1 3 5 抗生素对环境的危害 环境中的抗生素通过水、食物链等进入人体，对人类健康和公共卫生构成威 胁：一方面会引起人群过敏反应，严重时引起人群食物中毒；部分药物有致癌、 致畸、致突变或有激素类样作用，严重干扰人类各项生理功甜f j r ；另一方面，抗生 素药物会造成病原菌耐药性增加，并对人类胃肠道正常菌群产生不良影响，致使 正常菌群平衡被破坏，从而致病菌大量繁殖，增加人类疾病的治疗难度( a j i tk s a r m a h ，2 0 0 6 ；r i c h a r dh ，2 0 0 7 ；王冉，2 0 0 6 ；叶计朋，2 0 0 7 ) 。 1 4 抗生素对植物生长和生理影响的国内外研究进展 美国f l 勺m ci t a r r a s s 等人( m c h a r r a s se ta l ，1 9 8 5 ) 对链霉素对6 种不同的蓝绿藻 生长影响研究发现：链霉素对6 种蓝绿藻发育的抑制浓度为0 0 9 0 8 6m g l ，远 低于测试的8 种绿藻中的7 种。c h l o r e l l av u l g a r i s 、s c e n e d e s m u so b l i q u u sa n d u l o t h r i xs p 能在活性浓度低于2 1 m g l j 的链霉素溶液里面生长。而 c h l a m v d o m o n a s 阳f 刀办口，协f f 的生长抑制浓度为0 6 6 m g l 一。 h o l l i n gs o r e n s o n 等( b h a i l i n g s o r e n s e nj ，s 等，19 9 8 ) 和h o h e n 等( h o h e ni h ，1 9 9 9 ) 分别进行了集约化渔场用四环素类药物对藻类的毒性试验，结果发现， 6 铜绿微囊藻比绿藻对四环素类药物敏感性高出2 个数量级，h o l l i n gs o r e n s o n 对此 的解释是，铜绿微囊藻是淡水蓝细菌的一种，属于原核生物。抗生素能够比较容 易地抑制其蛋白质的合成；而绿藻属于真核生物，抗生素对其抑制需要较高的浓 度。无疑，四环类药物对水生藻类植物，属于强毒或中等毒性化学物。 r i c h a r da b r a i n 等( r i c h a r da b r a i n 等，2 0 0 4 ) 对环境中常见的2 5 种药品组成成 分( 2 2 种抗菌剂、布洛芬、尼古丁代谢宁、氟西汀) 对高等水生植物浮萍的生 理毒性进行了评估，发现：喹诺酮类、磺胺药类和四环素类是生理毒性最强。报 道指出，使湿重减少5 0 的洛美沙星的使用量为9 7 u g l ，磺胺类药为8 l u g l ， 氯四环素为2 1 9 u g l 一。 j i x i a n gc a o ，z e n g f ux u 等人( j i x i a n gc a o ，等19 9 9 ) 对k a n a m y c i nn e o m y c i n 、 g e n e t i c i n 、a m p i c i l l i n 、c h l o r a m p h e n i c o l 、h y g r o m y c i n 等6 种抗生素对钝顶螺旋藻 的影响做了相关的研究发现：随着抗生素含量的增加和时间的推移，藻体中的叶 绿素a 的含量和其干重与湿重比都逐渐降低。其主要原因是这些抗生素阻止了藻 内的电子传递，终止其细胞生长，甚至死亡。 赵素芬、曹日波( 赵素芬等，2 0 0 4 ) 在室温下研究了不同浓度的土霉素和氯霉 素对湛江等鞭金藻的细胞数量、个体大小，以及叶绿素、类胡萝卜素等的含量的 影响。结果表明：土霉素在o 1 0 m g l d 范围内浓度越大，金藻细胞数量在增长期 内增幅越小、在衰退期内衰退越快，叶绿素a 越少，类胡萝卜素越多；氯霉素在 0 - 5 m g l 以范围内浓度越大，金藻细胞数量在增长中后期增幅越小且低于正常水 平，衰退期内衰退越快，叶绿素类越少，类胡萝卜素越多。土霉素、氯霉素对金 藻细胞个体大小的影响均不明显。岳伟萍研究抗生素在海洋微藻培养过程中对微 藻的影响，实验探讨了4 种海洋微藻( 海链藻、小硅藻、塔胞藻、小球藻) 对氨苄 青霉素的敏感性，通过培养过程中加入抗生素进行培养并测定其光密度值进行实 验。研究表明，氨苄青霉素对海链藻的生长影响较大，对其它的3 种微藻影响较 小。当氨苄青霉素浓度为0 - 5 m g l 1 的时候表现出较强的促进作用，浓度为 1 0 1 0 0 0m g l 1 的时候表现出抑制作用，并且浓度越大抑制作用越强。 1 5 本研究的目的、意义 各种抗生素的广泛应用控制人类、畜禽和水生动物细菌性疾病。据调查，1 9 9 9 年欧盟和瑞士消耗抗生1 3 2 8 8 t ，其中6 5 是医用，2 9 是动物养殖的兽药，6 7 用于动物生长促进剂。美国2 0 0 0 年的1 6 2 0 0 t 抗生素的消耗中7 0 用于动物的兽 药，3 0 用于人类的医药。由于人类在医用和畜牧、水产养殖业方面大量使用抗 生素。同时，抗生素摄入后除少部分残留在体内，8 5 以上以原药和代谢产物的 形式经由病人与动物的粪尿排出体外，进入生态环境。随人类排泄物直接进入生 活废水，动物排泄物作为肥料播散于农田和水产养殖残留药物，对农田土壤、地 表和地下水及生态系统中各类生物产生危害，并诱发和传播各类抗生素耐药致细 菌，对人类健康产生威胁，同时水体中的抗生素成了水资源重复利用的一个巨 大挑战( 王冉等，2 0 0 6 ) 。 近年来，越着大量抗生素排入环境进而危害生态环境，公众却缺乏足够的认 识。总体上，在抗生素对陆地植物和微生物的影响方面的研究较少，如：m i g l i o r e 等( m i g l i o r e ，19 9 5 ) 、j a i m ea ( j a i m ea ，2 0 0 3 ) 、m a r i n ai s i d o r i 等( m a r i n ai s i d o r i ，2 0 0 5 ) 和曾建军等( 曾建军等，2 0 0 3 ) 。而在抗生素对农作物的生态毒理学方面的研究 极少。本文就从此入手，着重探索广泛使用且人体内代谢甚少的喹诺酮类抗生素 盐酸左氧氟沙星对农作物生长及生理的影响，以此揭示抗生素对生态环境的 危害，为进行其生态风险评估提供科学依据。 8 第二章材料与方法 2 1 试验试剂与主要仪器设备 2 1 1 实验试剂 盐酸左氧氟沙星( l e v o f l o x a c i nh y d r o c h l o r i d e ，0 f l x ) 为江苏亚邦药业有 限公司生产的医用胶囊，其化学名称为：( s ) 一9 一氟一2 3 一二氢一3 一甲基- 1 0 - ( 4 一 甲基一卜哌嗪基) - 7 - 氧代- 7 h - n l 土啶并 1 ，2 ，3 - d e 卜 1 ，4 苯并嗪一6 一羧酸盐酸盐的 水合物。分子式：c i s h 。0 f n 。0 。h c l h 2 0 ，分子量：4 1 5 8 5 。药理毒理：本品为氧氟沙 星的左旋体，其抗菌活性约为氧氟沙星的两倍，它的主要作用机制为抑制细菌 d n a 旋转酶( 细菌拓扑异构酶i i ) 的活性，阻碍细菌d n a 复制。本品具有抗菌谱广、 抗菌作用强的特点。对大多数肠杆菌科细菌，如大肠埃希菌、克雷白菌属、沙雷 氏菌属、变形杆菌属、志贺菌属、沙门氏菌属、枸橼酸杆菌、不动杆菌属以及铜 绿假单胞菌、流感嗜血杆菌、淋球菌等革兰阴性细菌有较强的抗菌活性。对部分 甲氧西林敏感葡萄球菌、肺炎链球菌、化脓性链球菌、溶血性链球菌等革兰阳性 菌和军团菌、支原体、衣原体也有良好的抗菌作用，但对厌氧菌和肠球菌的作用 较差。 药代动力学：本品主要以原型自肾排泄，在体内代谢甚少。口服4 8 小时内 尿中排出量为给药量的8 0 一9 0 。本品以原形自粪便中排出少量，给药后7 2 小 时内累计排出量少于给药量的4 ( 中国药典，2 0 0 4 ) 。 各分析纯、生化纯试剂都用超纯水配制。 2 1 1 主要仪器与设备 ( 1 ) 飞鸽牌g l 2 0 g - 1 1 型高速冷冻离心机上海安亭 ( 2 ) 六一牌p y c z 2 4 d n 型垂直板电泳仪北京六一 ( 3 ) s p x 2 5 0 i c 微电脑人工气候箱上海博迅 ( 4 ) p y x 2 8 0 z b 震荡培养箱广东韶关科力仪器 ( 5 ) 1 0 1 a 1 型电热鼓风恒温干燥箱上海亚明 ( 6 ) 海信b c d 2 0 6 h 冰箱青岛海信 ( 7 ) 尤尼柯w f z u v - 2 0 0 0 型紫外可见分光光度计上海尤尼柯 ( 8 ) 大普p h s 2 5 b 型数字酸度计上海大普 ( 9 ) f a l 0 0 4 n 电子天平 ( 1 0 ) n e xp o w e r2 0 0 0 超纯水机 2 2 试验设计 上海精密 北京普析通用 2 2 1 盐酸左氧氟沙星对水稻种子萌发及抗氧化酶系统的影响 水稻( o r y z as a t i v & c v ) 品种为金优桂9 9 ，由贵阳市种子公司提供。选 取饱满无残缺的水稻种子，1 的次氯酸钠消毒1 5 m i n ，自来水冲洗后，超纯水冲 洗3 次，分别用0 ，0 1 ，0 2 ，0 3 ，0 4 ，0 5 ，5 ，2 5 ，5 0 ，1 0 0 ，5 0 0m g l 。1 的0 f l x 溶液2 5 避光浸种、催芽4 8 h ，处理完后超纯水冲洗3 次后备用。将处理好的种 子置于铺有2 层滤纸、加有2 5 m l 去离子的培养皿中，每皿5 0 粒，每个处理3 次重 复，温度2 5 c ，相对湿度8 0 ，光照强度1 0 0 0 1 x ，光照时间1 2 h d 条件下培养发 芽。逐日记录发芽数，培养至第7 d ，测定根长、根数、幼苗株高及其叶绿素含量、 胚乳中s o d 、p o d 和c a t 活性。 2 2 2 盐酸左氧氟沙星对水稻幼苗生理特征的影响 在人工气候箱中用清洁水稻土把金优桂9 9 水稻培养至2 叶1 芯，选取长势 一致的水稻幼苗用自来水、超纯水冲洗干净，1 2 强度的木村b 营养液静养两天， 备用。把静养两天的水稻幼苗用超纯水再次淋沈后，分别用含0 ，0 1 ，o 2 ，o 3 ， 0 4 ，o 5 ，5 ，2 5 ，5 0 ，1 0 0 ，5 0 0m g l 。o f l x 的1 2 强度木村b 培养液进行水培 处理，置于温度2 0 ，相对湿度8 0 ，光照1 2 h d 的人工气候箱中培养。每天添 加适量的培养液补偿损失水分，培养7 d 后测定新叶中的叶绿素含量、可溶性蛋 白组分及含量、s o d 、p o d 、c a t 活性和根系活力。 2 2 3 盐酸左氧氟沙星对玉米种子萌发及抗氧化酶系统的影响 玉米( z e am n y sl ) 品种为筑糯5 号，由贵阳市农科所提供。选取饱满无 残缺的玉米种子，1 的n a c i o 消毒1 5 m i n ，自来水冲洗后再用超纯水冲洗3 次， 分别用0 ，0 5 ，5 ，2 5 ，5 0 ，1 0 0 ，5 0 0m g l 1 的盐酸左氧氟沙星溶液2 5 避光 浸种、催芽3 6 h ，处理完后超纯水冲洗3 次后备用。将处理好的种子置于铺有2 层滤纸、加有2 5 m l 去离子的培养皿中，每皿2 0 粒，每个处理3 次重复，温度2 5 ，相对湿度8 0 ，光照平均1 4 h d 条件下培养发芽。逐日记录发芽数( 以幼芽 达到种子长度一半，幼根与种子等长作为发芽标准( 杜青平等，2 0 0 6 ) ，培养至 第7 d ，测定根长、根数、幼苗长度及其叶绿素含量、胚乳中s o d 、p o d 、c a t 活性。 2 2 4 盐酸左氧氟沙星对小麦幼苗生理特性的影响 供试小麦( t r i t i c u ma e s t i v u ml ) 品种为黔麦1 4 号，种子由贵州省农科院提 供。在温室中用清洁土壤把小麦培养至2 叶1 芯，选取长势一致的小麦苗用自来 水、超纯水冲洗干净，h o a g l a n d 营养液静养两天，备用。把静养两天的小麦幼 苗用超纯水再次淋洗后，分别用含o ，o 5 ，5 ，2 5 ，5 0 ，1 0 0 ，5 0 0 m g l 。的盐酸 左氧氟沙星h o a g l a n d 培养液进行水培处理，置于温度2 5 ，相对湿度8 0 ， 光照1 4 h d 的温室中培养。每天添加适量的培养液补偿损失水分，培养7 d 后测 定新叶中的叶绿素含量、可溶性蛋白含量、s o d 、p o d 和c a t 活性和根系活力。 各处理3 次重复。 2 3 分析方法 2 3 1 叶绿素含量的测定 取相同部位叶片，去除中脉和叶尖，称取0 5 9 ，剪碎放入研钵中，加入少量石 英砂研成糊状，用8 0 丙酮水溶液分批提取叶绿素，直到残渣无色为止。经适当 稀释后，用分光光度计测定6 6 3 、6 4 5 n m 吸光度，然后按a m o n 公式计算叶绿素 含量。( 上海植物生理研究会编，2 0 0 4 ) 2 3 2 超氧物歧化酶( s o d ) 活性的测定 酶液的提取：称取植物鲜重样品0 3 9 左右，加入少量0 0 5 m o l l 、p h 7 8 磷酸缓冲液，冰浴研磨匀浆，于1 5 0 0 0 r p m 冷冻离心1 5 m i m 上清液为粗酶提取液。 ( 陈建勋，2 0 0 2 ) 、 。 。 s o d 酶活性的测定采用邹琦的氮蓝四唑( n b t ) 法测定。 s o d 总活性( u g f w ) - 【( a c k - a e ) 宰v ( a c k 宰1 2 宰w 木v t ) 式中，s o d 总活性以每克鲜重酶单位表示；：照光对照管的光吸收值；a e ： 样品管的光吸收值；v ：样液总体积( m 1 ) ；v 。：测定时样品用量( m 1 ) ；w ：样重 ( g f w ) 。( 邹琦，1 9 9 5 ) 2 3 3 过氧化物酶( p o d ) 活性的测定 参照张志良主编的植物生理学实验指南中的愈创木酚法：酶液的提取与 超氧物歧化酶的提取相同。取光径l c m 比色杯2 只，于一只中加入反应混合液 3 m l ( 1 0 0 r e t o o l 1 磷酸缓冲液( p h 6 0 ) 5 0 m l ，加入愈创木酚2 8 u l ，3 0 过氧化氢1 9 u l ， 混匀。) ，0 0 5 m o l l 、p h 7 8 的磷酸缓冲液i m l ，作为校零对照；另一只中加入反 应混合液3 m l ，上述酶液l m l ( 如酶活性过高适当稀释) ，启动反应，测定4 7 0 n r n 波长处的o d 增加速度。以每分钟o d 变化值表示酶活性大小。 p o d 活性(