土壤外源金霉素的生物有效性、生态毒理效应及影响因素分析

土壤外源抗生素的污染及其生态危害已经引起日益广泛关注。本项目以土壤中检出率及残留浓度较高的金霉素为研究对象，以土壤为研究介质，以蚯蚓和小白菜为受试生物，利用序列浸提法、同位素标记法及高效液相色谱法，研究土壤中金霉素的赋存形态及其生物有效性，建立土壤中金霉素生物有效性的化学-生物学表征方法，明确土壤类型、土壤有机质、颗粒组成、阳离子交换量及pH对生物有效性的影响；同时，采用分子及细胞生态毒理学实验方法，从生理指标、酶活性及基因表达等方面入手，研究不同形态金霉素暴露对受试生物的生态毒理效应，并以赋存形态为纽带，阐明土壤中金霉素生物有效性与生态毒理效应的相关性。项目的研究成果可将生物有效性及生态毒理效应有机地结合起来以更为准确有效地评估土壤外源金霉素的生态风险，为今后我国从国家层面上构建土壤外源抗生素生态健康风险预警体系提供重要的科学依据和理论指导。

土壤外源抗生素的污染及其生态危害已经引起日益广泛的关注。本项目首先对沈阳地区土壤中四环素类抗生素的残留进行了调查，并以此为依据选取了检出率较高的金霉素和四环素作为研究对象，研究了两者在土壤中的赋存形态、吸附解吸能力以及对动植物的生态毒理效应。研究结果表明四环素类抗生素在沈阳地区土壤样品中的残留浓度依次为金霉素>土霉素>四环素>强力霉素，土壤耕作类型对抗生素的残留具有一定的影响，在温室大棚土壤和蔬菜种植土壤中抗生素的残留浓度显著高于其在种植大豆玉米等粮食作物的土壤中的浓度。不同的化学浸提剂对两种抗生素的提取能力依次为Na2EDTA-Mcllvaine缓冲液+甲醇 > Na2EDTA-Mcllvaine缓冲溶液 > 氯化钙溶液。以水溶态形式存在于土壤中的金霉素和四环素不到1%，80%以上的抗生素是以吸附态存在于土壤中。金霉素在土壤中的吸附速度很快，Freundlich方程对其在土壤上吸附解吸情况的模拟效果最好。不同土壤类型对金霉素的吸附能力不同，草甸棕壤对金霉素的吸附能力强于黑土。吸附态的抗生素在土壤中具有良好的迁移转化能力，势必会对土壤动植物产生一定的生态毒理效应。研究表明，实验浓度范围内金霉素和四环素对小白菜地上部分具有促进作用，但是对小白菜根部、鲜重、叶绿素以及可溶性蛋白含量均具有显著的抑制作用。随着暴露时间和浓度的增加，金霉素和四环素对小白菜体内的MDA具有诱导作用，同样，蚯蚓的生长发育也会受到土壤中抗生素残留的影响。低浓度的金霉素和四环素可以促进蚯蚓体重的增加，但随着抗生素暴露时间和浓度的增加，蚯蚓体重则显著受到抑制，且蚯蚓体内的抗氧化防御系统的平衡被打破。此外，金霉素和四环素胁迫对小白菜根部和蚯蚓的基因表达产生了较大的影响，某些基因的表达得到增强，某些被减弱或消失，而且某些一般情况下不表达的基因也获得了表达。动植物生长量、抗氧化防御系统以及基因表达等指标的变化，是动植物受到抗生素污染胁迫的应激反应，可以作为诊断抗生素污染毒性的指标。项目的研究结果为有效地评估土壤外源抗生素潜在的生态风险提供了重要的基础数据和科学依据。