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)防人類和動物的疾病，但是抗生素進(jìn)入動物或人體體內(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。而后通過一系列的遷移和轉(zhuǎn)化過程，在環(huán)境中廣泛分布，進(jìn)而對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。同時抗生素還可以與環(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，它通過有機肥和污泥農(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，及藥物單獨和與重金屬復(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。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)的去有機質(zhì)土壤中的吸附量逐漸增加，但是去有機質(zhì)土壤中的吸附量要高于相應(yīng)的母體土壤，這說明土壤有機質(zhì)的存在降低了諾氟沙星在土壤中的吸附量。不同模型對試驗數(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，紅壤及它們對應(yīng)的去有機質(zhì)土

4、壤中的結(jié)果，完全不能用于對潮土的研究結(jié)果。該結(jié)果說明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。 隨著培養(yǎng)時間的增加，無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。用一級動力學(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程，所得結(jié)果表明，在本實驗條件下，潮土中降解較快，其次為紅壤，黑土中降解最慢。 在整個培養(yǎng)期間，污染物對土壤酶活性的影響與污染物濃度和處理時間

6、相關(guān)，而且土壤之間存在差異.添加污染物后，土壤過氧化氫酶活性無顯著變化，而對土壤脲酶、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，該處理酶活比對照處理酶活增加了47％，而在潮土中與對照處理相比，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)合污染處理對磷酸酶活性的影響顯著高于污染物單獨處理的。對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。 諾氟沙星單獨及與銅復(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間有很大的關(guān)系。AWCD值變化與處理強度和處理時間有關(guān)，而且與處理時間關(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、諾氟沙星單獨處理對土壤微生物群落多樣性和均一性、優(yōu)勢種微生物的影響要比復(fù)合污染處理的顯著。對于不同碳源的利用，也表現(xiàn)出處理和時間的差異。在整個處理過程中，各處理土壤微生物對聚合物類底物的利用強度均比對其它類型高。在暴露處理7天和28天后，Nor10+Cu50，Nor10+Cu100兩個復(fù)合污染處理土壤微生物對胺類和氨基酸類培養(yǎng)基利用強度較高；另外，暴露處理14和28天后，土壤微生物則對氨基酸類，醣類和羧酸類培養(yǎng)基利用強度也較高。聚類分析

9、結(jié)果也表明不同暴露時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，諾氟沙星單獨或與銅復(fù)合污染均對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污染和與銅復(fù)合污染對土壤微生物區(qū)系基因條帶的影響有一定的差別。與對照相比，諾氟沙星單獨污染對土壤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，但是聚類分析結(jié)果表明Nor10+Cu100處理與對照被歸為同一簇。污染物處理56天后，與對照相比，諾氟沙星單獨處理和Nor10+Cu50處理土壤微生物條帶增多，Nor10+Cu100處理樣品條帶數(shù)雖少于對照處理，但是卻多于同處理第28天時的樣品。比較添加污染物處理不同時期與對照處理條帶的相似性可以發(fā)現(xiàn)，所有處理在處理56天時的相似性均高于處理28天時的。這些結(jié)果說明隨著處理時間的增加，土壤微生物對

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。 諾氟沙星對小麥幼苗生長和生理過程的影響存在顯著的劑量效應(yīng).在1.0 mg·L-1時，諾氟沙星促進(jìn)了小麥幼苗地上部和根系生長。當(dāng)培養(yǎng)液中濃度達(dá)到10 mg·L-1時，幼苗生物量和葉片葉綠素含量顯著低于對照處理。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)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)酶活性發(fā)生變化。在地上部，與對照處理相比，諾氟沙星脅迫條件下，地上部SOD酶和POD酶活性顯著升高，CAT酶活性僅在10.0和20.0 mg·L-1兩個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，與對照處理相比，諾氟沙星脅迫使SOD酶活性顯著降低，