諾氟沙星的土壤環(huán)境行為及生態(tài)效應(yīng)研究.pdf

1、抗生素被廣泛的用于治療、預(yù)防人類(lèi)和動(dòng)物的疾病，但是抗生素進(jìn)入動(dòng)物或人體體內(nèi)，并不被完全吸收，而是以原藥或代謝產(chǎn)物的形式排到體外，進(jìn)入土壤、水體等環(huán)境中。而后通過(guò)一系列的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程，在環(huán)境中廣泛分布，進(jìn)而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)抗生素還可以與環(huán)境中已有污染物共同作用形成復(fù)合污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。銅是一種重要的工業(yè)原料和常用的飼料添加劑，它通過(guò)有機(jī)肥和污泥農(nóng)用最終分布在農(nóng)田土壤中。而且，銅離子能夠與抗生素類(lèi)藥物分子中的功能基團(tuán)結(jié)合

2、形成絡(luò)合物。因此，研究抗生素的環(huán)境行為和效應(yīng)及重金屬銅對(duì)其的影響有重要的意義。本研究選取諾氟沙星(Norfloxacin，Nor)為代表性污染物，利用HPLC、Biolog、PCR-DGGE等現(xiàn)代檢測(cè)和分析技術(shù)，研究了抗生素在典型農(nóng)田土壤環(huán)境中的吸附、降解行為，及藥物單獨(dú)和與重金屬?gòu)?fù)合污染條件下，土壤酶活性、土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)合對(duì)諾氟沙星植物毒性的研究，探討抗生素的環(huán)境毒理學(xué)特性和潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。主要研究結(jié)果如下： 諾

3、氟沙星在黑土、潮土和紅壤中的吸附特性存在差異。隨溶液中諾氟沙星濃度的增加，諾氟沙星在三種土壤和相應(yīng)的去有機(jī)質(zhì)土壤中的吸附量逐漸增加，但是去有機(jī)質(zhì)土壤中的吸附量要高于相應(yīng)的母體土壤，這說(shuō)明土壤有機(jī)質(zhì)的存在降低了諾氟沙星在土壤中的吸附量。不同模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果表明，F(xiàn)reundlich方程能夠?qū)χZ氟沙星在六種土壤(三種原狀土壤，三種去有機(jī)質(zhì)土壤)上的吸附特性進(jìn)行較好的擬合，而Langmuir方程只能擬合在黑土，紅壤及它們對(duì)應(yīng)的去有機(jī)質(zhì)土

4、壤中的結(jié)果，完全不能用于對(duì)潮土的研究結(jié)果。該結(jié)果說(shuō)明Freundlich方程比Langmuir方程更適用于土壤中諾氟沙星在吸附特性的研究.在本研究條件下，土壤溶液pH值對(duì)諾氟沙星吸附有較大影響，在黑土、潮土和紅壤三種供試土壤中最大的吸附量分別出現(xiàn)各自土壤溶液pH為6.1-6.9，6.6-7.4和5.7-6.0的區(qū)間內(nèi)，而且紅壤中的KD和Koc值均高于其它兩種土壤的。銅離子對(duì)諾氟沙星在土壤中的吸附表現(xiàn)出一定的濃度效應(yīng)，隨著添加銅離子濃度的

5、增加，三種土壤中諾氟沙星吸附量、KD和Koc值均表現(xiàn)為先升高，在100 mg·L-1達(dá)到峰值，而后下降的變化趨勢(shì)。 隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，無(wú)論是在滅菌土壤還是在非滅菌土壤中，諾氟沙星殘留濃度均降低，但是其降解特性存在土壤差異。用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合結(jié)果很好的描述了土壤中諾氟沙星的降解過(guò)程，所得結(jié)果表明，在本實(shí)驗(yàn)條件下，潮土中降解較快，其次為紅壤，黑土中降解最慢。 在整個(gè)培養(yǎng)期間，污染物對(duì)土壤酶活性的影響與污染物濃度和處理時(shí)間

6、相關(guān)，而且土壤之間存在差異.添加污染物后，土壤過(guò)氧化氫酶活性無(wú)顯著變化，而對(duì)土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性則產(chǎn)生顯著影響。土壤中添加銅后，土壤酶活性受到抑制，特別是在培養(yǎng)后期表現(xiàn)出明顯的濃度效應(yīng)。就土壤磷酸酶而言，Norl處理對(duì)黑土中磷酸酶活性表現(xiàn)為激活作用，尤其是在培養(yǎng)28天后，該處理酶活比對(duì)照處理酶活增加了47％，而在潮土中與對(duì)照處理相比，Norl處理在培養(yǎng)前14天，土壤磷酸酶活性升高，而在培養(yǎng)28天后則對(duì)土壤酶活性表現(xiàn)為抑制作用。復(fù)

7、合污染顯著的抑制了黑土土壤磷酸酶活性，然而在潮土中，僅在培養(yǎng)前28天，復(fù)合污染處理對(duì)磷酸酶活性的影響顯著高于污染物單獨(dú)處理的。對(duì)于土壤脲酶和蔗糖酶的影響也表現(xiàn)出了相同的土壤差異的趨勢(shì)。 諾氟沙星單獨(dú)及與銅復(fù)合處理均影響土壤微生物群落代謝功能多樣性，且與污染物濃度和處理時(shí)間有很大的關(guān)系。AWCD值變化與處理強(qiáng)度和處理時(shí)間有關(guān)，而且與處理時(shí)間關(guān)系更加密切，污染處理28天后，各處理間差異達(dá)最大，Nor10+Cu100顯著低于其它處理。

8、諾氟沙星單獨(dú)處理對(duì)土壤微生物群落多樣性和均一性、優(yōu)勢(shì)種微生物的影響要比復(fù)合污染處理的顯著。對(duì)于不同碳源的利用，也表現(xiàn)出處理和時(shí)間的差異。在整個(gè)處理過(guò)程中，各處理土壤微生物對(duì)聚合物類(lèi)底物的利用強(qiáng)度均比對(duì)其它類(lèi)型高。在暴露處理7天和28天后，Nor10+Cu50，Nor10+Cu100兩個(gè)復(fù)合污染處理土壤微生物對(duì)胺類(lèi)和氨基酸類(lèi)培養(yǎng)基利用強(qiáng)度較高；另外，暴露處理14和28天后，土壤微生物則對(duì)氨基酸類(lèi)，醣類(lèi)和羧酸類(lèi)培養(yǎng)基利用強(qiáng)度也較高。聚類(lèi)分析

9、結(jié)果也表明不同暴露時(shí)間的處理之間碳源利用存在一定的差異，暴露3天后的處理被歸為同一簇，而暴露28天后的處理則在不同簇出現(xiàn)。 基于16S rDNA PCR-DGGE方法的研究結(jié)果表明，諾氟沙星單獨(dú)或與銅復(fù)合污染均對(duì)土壤微生物遺傳多樣性產(chǎn)生影響。污染物處理28天，不同濃度諾氟沙星單獨(dú)污染和與銅復(fù)合污染對(duì)土壤微生物區(qū)系基因條帶的影響有一定的差別。與對(duì)照相比，諾氟沙星單獨(dú)污染對(duì)土壤DNA條帶數(shù)影響較小，諾氟沙星與銅復(fù)合污染則顯著減少了D

10、NA條帶數(shù)，尤其是在較高銅濃度的處理中，但是聚類(lèi)分析結(jié)果表明Nor10+Cu100處理與對(duì)照被歸為同一簇。污染物處理56天后，與對(duì)照相比，諾氟沙星單獨(dú)處理和Nor10+Cu50處理土壤微生物條帶增多，Nor10+Cu100處理樣品條帶數(shù)雖少于對(duì)照處理，但是卻多于同處理第28天時(shí)的樣品。比較添加污染物處理不同時(shí)期與對(duì)照處理?xiàng)l帶的相似性可以發(fā)現(xiàn)，所有處理在處理56天時(shí)的相似性均高于處理28天時(shí)的。這些結(jié)果說(shuō)明隨著處理時(shí)間的增加，土壤微生物對(duì)

11、污染物脅迫產(chǎn)生了一定的耐性，樣品微生物種群豐富度增加，在圖譜上即表現(xiàn)為條帶數(shù)增加，相似性升高。 諾氟沙星對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)和生理過(guò)程的影響存在顯著的劑量效應(yīng).在1.0 mg·L-1時(shí)，諾氟沙星促進(jìn)了小麥幼苗地上部和根系生長(zhǎng)。當(dāng)培養(yǎng)液中濃度達(dá)到10 mg·L-1時(shí)，幼苗生物量和葉片葉綠素含量顯著低于對(duì)照處理。小麥幼苗丙二醛含量均隨著諾氟沙星處理水平的升高而明顯增加，而且根系中MDA含量顯著地高于地上部。諾氟沙星脅迫同樣使小麥幼苗葉片和

12、根系超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)和抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)酶活性發(fā)生變化。在地上部，與對(duì)照處理相比，諾氟沙星脅迫條件下，地上部SOD酶和POD酶活性顯著升高，CAT酶活性?xún)H在10.0和20.0 mg·L-1兩個(gè)處理下有顯著的促進(jìn)作用，而APX酶活性則在1.0和5.0 mg·L-1兩個(gè)處理濃度下有所下降，其它添加處理酶活均顯著升高.而在根系中，與對(duì)照處理相比，諾氟沙星脅迫使SOD酶活性顯著降低，