土壤中植物对新型环境污染物抗生素的吸收降解作用

土壤中植物对新型环境污染物抗生素的吸收降解作用

一、研究背景

抗生素被长期大量地用于人和动物的疾病治疗，并以亚治疗剂量添加于动物饲料长期用于动物疾病的预防和促进生长，大部分抗生素不能完全被机体吸收，而有高达85%以上抗生素以原形或代谢物形式经由病人和畜禽粪尿排入环境，经不同途径对土壤和水体造成污染。抗生素类污染物是一种新型环境污染物，虽然大部分抗生素的半衰期较短, 但是由于其持续进入环境中且不易发生生物降解, 所以具有假持续性，也使其具有富集的可能，因而对生态系统中包括人类在内的各类生物均具有潜在的危害。土壤是抗生素重要的归属场所，为评估抗生素在土壤环境中的危害，并为土壤抗生素污染防治和修复提供依据，有必要对抗生素在土壤中的生态毒性及其迁移转化进行研究。

目前关于抗生素的环境污染、行为和毒理效应的研究还处于起步阶段。现在的研究主要集中在抗生素在土壤环境中迁移、吸附、降解行为以及对土壤生物及潜在生态毒理学效应的研究。但这些研究仅局限于对一些表面现象的描述，还缺乏对机理的探索。大多数对抗生素的研究局限于水生生态系统，毒性研究也大多针对水生生物，而对植物中抗生素的行为归趋、生态毒性研究不够。而且在分子水平上研究抗生素对植物的毒性作用也很少见。

二、研究内容

针对现阶段抗生素在土壤环境中生态毒性研究中存在的问题，本文选取的研究内容是植物对新型环境污染物抗生素的吸收降解作用。土壤中的抗生素极易向植物体内富集，富集率可高达万倍以上，植物对抗生素的吸收作用是抗生素进入土壤环境后进行迁移转化的一个重要步骤，本实验研究的主要内容有探讨植物吸收富集降解抗生素的机理，吸收降解过程的影响因素，包括抗生素种类、植物种类、温度、pH，在每种条件下建立抗生素浓度的时间变化和分布特征，从而确定每种因素对植物吸收抗生素的影响程度，从中选取对抗生素吸收降解作用有利的植物种类及环境条件，从而为土壤被抗生素污染后的生态修复做好理论基础。研究不同抗生素对不同植物的毒性作用，从植物的生长特征来判断抗生素对植物的毒性作用，并采用分子标记物的方法，表征植物吸收抗生素后的细胞、生理、行为以及能量上的效应变化，从分子层面上反应抗生素对植物的毒性作用。

三、研究方案

本研究通过实验室小型装置来模拟实际土壤环境，基本反应装置如下：在反应器中加入土壤，栽种相应的植物，一批实验进行30天，每五天将一定浓度抗生素的溶液加入到反应器中，每天取3次水样测定出水抗生素浓度。空白实验装置是在上述实验装置的基础上不栽种植物，而只有土壤。

第一阶段实验是研究不同种类的植物对不同种类的抗生素的吸收降解作用。环境中的抗生素有很多种类，本实验中选取四环素类、磺胺类、青霉素类、氨基糖苷类；可吸收抗生素的植物选择玉米、马铃薯、胡萝卜、豌豆。以上述所选抗生素、植物分成16组对比实验，即一种抗生素和一种植物组合，再有4组空白实验，即4种抗生素每种加到只有土壤的反应器中，共20组反应装置。其他环境条件控制相同，按照上述方法进行批次实验，记录每组

实验装置植物的生长状况，并按实验方法测定出水抗生素浓度。共进行3批。第二阶段实验是研究不同温度、pH条件下植物对抗生素的吸收降解作用。从第一阶段实验结果中选出两组植物吸收降解效果较好的组合A，B，再有一组土壤空白实验；温度变化设为15度，20度，25度，35度；pH变化设为5、7、9、12。对上述条件分成48组对比实验，即一种植物-抗生素分别与一种温度、一种pH组合。按照上述方法进行批次实验，记录每组实验装置植物的生长状况，并按实验方法测定出水抗生素浓度。共进行3批。第三阶段实验是从第一阶段实验中选出植物生长状况很好、一般、较差的三种组合X、Y、Z，根据第二阶段研究结果选择一种合适的温度和pH作为环境条件，再加上一组土壤空白实验，共4组实验，在上述实验方法的基础上，在指标测定方面，除了要记录每组实验装置植物的生长状况，并测定出水抗生素浓度，还要在分子水平上标记植物的细胞色素P450。共进行3批。根据三个阶段实验结果可分析抗生素、植物、环境因素对植物吸收降解抗生素的影响，以及抗生素对植物在植株及分子水平上的毒性作用。

四、创新性

现在有关抗生素对土壤生态毒性的研究，大多是宏观现象的描述，而缺乏机理理论研究，本实验选取了抗生素在土壤中迁移转化的一个环节进行研究，能更准确更详细的反映抗生素的毒性作用。目前很少有人对土壤在抗生素污染之后的修复进行研究，本实验选取的是植物对抗生素的吸收降解作用，可以为植物修复土壤的研究做理论基础。虽然各生物组分对污染物能从不同水平上进行响应，但现在研究普遍认为，无论污染物对生态系统的影响多么复杂, 结果如何严重, 最早的作用必然是从分子水平上开始, 然后逐步在细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统各个水平上反映出来。目前对抗生素污染环境的研究大多是个体、群体层面的，本实验从分子水平出发研究抗生素对植物的毒性作用，具有很大的创新性。

参考文献

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