典型抗生素在土壤中的吸附与解吸行为及其吸附态的生物活性研究

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抗生素作为药物长期大量地用于人类和动物疾病的预防与治疗,同时也用作饲料添加剂来促进动物生长。抗生素经人类和动物使用后并不能被完全吸收,大部分以母体或活性代谢产物的形式随粪便和尿液排出体外,直接或间接进入环境,可对土壤生态系统及人类健康造成潜在的危害,因此土壤环境中抗生素的污染问题越来越受到关注。目前,国内外针对抗生素在环境中的分布特征已经开展了广泛的研究工作,但是对于抗生素在不同土壤类型中的吸附与解吸行为研究较少,对于土壤中吸附态抗生素的生物活性还不清楚。  因此,本论文选取了4种典型抗生素(氧四环素(Oxytetracycline,OTC)、氧氟沙星(Ofloxacin,OFL)、磺胺二甲基嘧啶(Sulfamethazine,SMZ)以及甲氧苄氨嘧啶(Trimethoprim,TMP))为研究对象,研究了其在3种不同类型土壤中的吸附与解吸行为,并进一步评价了土壤基质中吸附态抗生素对标准菌大肠杆菌(Escherichia coli ATCC25922,E.coliATCC25922)的生物活性。通过研究获得的主要结论如下:  (1)采用标准菌序列梯度稀释法分别测试了氧四环素(OTC)、氧氟沙星(OFL)、磺胺二甲基嘧啶(SMZ)、甲氧苄氨嘧啶(TMP)、磺胺二甲基嘧啶(SMZ)与甲氧苄氨嘧啶(TMP)联合对标准菌E.coli ATCC25922生长抑制的影响,并考察了抗生素对标准菌E.coli ATCC25922生长抑制的影响因素,包括一价金属离子(Na+和K+)、二价金属离子(Ca2+、Mg2+和Cu2+)以及腐殖酸(HA)。研究结果表明,选取的各抗生素在水溶液中对标准菌E.coli ATCC25922的抗菌活性大小顺序为:OFL>SMZ+TMP>TMP>OTC>SMZ。一价金属离子(Na+或K+)、二价金属离子Cu2+及HA对于抗生素的生物活性无显著影响。而二价金属离子(Ca2+或Mg2+)仅对OTC的生物活性存在显著影响。  (2)研究了OTC、OFL、SMZ、TMP及SMZ与TMP联合在3种不同类型土壤(褐土,森林土及红壤)中的吸附与解吸行为。研究结果表明,选取的各种抗生素在不同理化性质的土壤中的吸附量差异很大,主要的影响因素包括土壤有机质含量,阳离子交换容量(CEC)及pH值。络合作用、阳离子交换作用及氢键作用是抗生素在土壤中发生吸附的主要机制。抗生素在具有高含量有机质的森林土与高CEC值的红壤中呈现较强的吸附作用,而在有机质含量低,pH高的褐土呈现较强的解吸作用。根据各抗生素对应的Kf值可知,OTC与OFL在本研究中的3种土壤中均可被强烈吸附。而SMZ与TMP在土壤中的吸附均较少,且各土壤对TMP的吸附量较SMZ大。SMZ与TMP按5∶1比例在土壤中发生共吸附时,SMZ与TMP在各土壤中的吸附量较其单独吸附时无显著性差异。各抗生素在土壤中的吸附-解吸过程均存在迟滞性,但是OFL在有机质含量低的褐土中特别容易被解吸。解吸迟滞性表明,无论土壤吸附多少抗生素,总有一部分不易被解吸下来,从而减弱其对微生物及环境构成的威胁。  (3)通过建立一套研究吸附态抗生素生物活性的方法,研究了土壤吸附态抗生素对E.coli ATCC25922的生物活性。在3种不同类型的土壤中,吸附态抗生素对E.coli ATCC25922均有抗菌活性。土壤吸附态OTC、TMP及TMP与SMZ联合吸附态的抗菌活性大小顺序为:红壤>森林土>褐土;而土壤吸附态OFL呈现相反的趋势,即:褐土>森林土>红壤。土壤吸附态抗生素的生物活性明显小于其相应的溶解态的抗菌活性。
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