抗生素电离形态对其植物吸收的影响

发布时间：2021-09-30 04:30

　　近年来,抗生素的全球消费量保持持续增长趋势。中国是世界上最大的抗生素生产国和使用国,2013年使用量高达16.2万吨。抗生素从受污染的废水或动物粪便向农作物的转移与其理化特性紧密相关,而当前对可电离抗生素的植物吸收机制尚不明确,因此正确认识抗生素在可食用作物中的富集与其性质之间的关系,可为抗生素的人类健康风险评价提供科学依据。本研究选取了磺胺类、喹诺酮类、β-内酰胺类和大环内酯类中7种常用抗生素作为研究对象,首先建立了生菜中多种抗生素的分析检测方法,并在水培条件下,通过改变营养液pH,考察了抗生素的植物吸收与其电离形态的关系。在前人工作的基础上,样品前处理过程考察了乙二胺四乙酸（EDTA）对植物样品中抗生素提取的影响,以及对净化过程进行了优化,再借助超高液相色谱质谱串联仪（HPLC-ESI-MS/MS）,建立了一套可同时分析检测生菜中多种抗生素的方法。结果表明,样品前处理过程选择不添加EDTA、并使用N-丙基二乙胺（PSA）净化杂质的方法,对目标抗生素有良好的提取效果。利用改进后的分析方法对生菜样品进行加标回收率实验,结果表明茎叶样品的回收率在95%¹25%之间,... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

抗生素在环境中的迁移途径

1.3.1 抗生素在植物体内的吸收和迁移研究发现,在废水灌溉或者经粪肥改良后的土壤中生长的作物,其植物组织中可以检测到一定的抗生素积累(表1.2)。Hussain等人[61]研究了在经制药废水灌溉的土壤中,土霉素、多西霉素、环丙沙星、左氧氟沙星和氧氟沙星在胡萝卜、小麦和菠菜中的积累,结果发现在所有植物样品中,抗生素浓度均表现为叶>茎>根>果实,其中氧氟沙星和左氧氟沙星的累积浓度最高,同时这也表明抗生素在被植物根系吸收后可以进一步向上迁移。长期施用粪肥导致植物吸收抗生素,随后进入食物链,是人体暴露的主要途径。李亚宁等人[62]研究了辣椒对磺胺类抗生素在土壤中迁移的影响以及抗生素的作物效应,结果表明作物的种植对土壤中抗生素的消减具有促进作用,且在辣椒根部及地上部分均有抗生素的检出,表明植物吸收作用会提高抗生素的人体暴露风险。Zhao等人[63]研究了在粪肥改良土壤中14种目标抗生素在花生中的积累和易位,结果表明大部分抗生素在花生组织中(根、壳、核、茎和叶)均有发现,四环素在花生组织中的浓度最高。四环素和喹诺酮类药物优先在根部积累并转移到其他花生组织中。Pan等人[64]比较了5种抗生素(四环素、磺胺二甲基嘧啶、诺氟沙星、红霉素、氯霉素)在废水灌溉土壤和粪肥改良土壤条件下在不同作物中的积累,结果表明农作物能够吸收不同类型的抗生素,但是不同的抗生素在其易位到农作物其他组织中的潜力方面显示出显著差异。其中四环素、诺氟沙星和氯霉素在茎叶中的积累水平明显高于其他两种化合物。抗生素从废水或动物粪便向农作物的迁移与其理化特性(例如log Kow)呈正相关。灌溉用水或动物粪便中的抗生素浓度越高,作物组织中残留的抗生素水平就越高。此外,与动物粪肥相比,采用含抗生素的废水灌溉农作物显示出更高的抗生素积累,构成更高的人体暴露风险。

酸碱度是土壤的重要化学性质之一,会影响土壤中的污染物向植物体系的迁移能力。我国土壤的pH值一般在4~9之间[94],大致上呈“南酸北碱,沿海偏酸,内陆偏碱”的分布状态。抗生素在土壤中的归趋受到抗生素理化性质的影响,很多抗生素属于离子型化合物,一般具有1个或多个p Ka值,如图1.3所示,以磺胺甲恶唑为例,具有氨基和磺酰胺基两个电离位点,在不同的pH条件下,会电离产生不同的离子形态[1],当外界pH值小于p Ka1时,主要以阳离子形态为主,当外界pH值介于两个p Ka值之间时,以中性形态为主,当外界pH值大于p Ka2时,以阴离子形态为主。已有研究报道了在不同环境条件下,土壤中种植的作物对抗生素的吸收。土壤-植物系统具有复杂的调节机制,其中植物对抗生素的吸收主要取决于其在土壤中的吸附、解吸以及降解等行为[94]。抗生素具有多种官能团,这些官能团主要影响与土壤颗粒的吸附行为。土壤pH值、阳离子交换量(CEC)和粘土含量是影响抗生素吸附行为的重要因素[25]。土壤和抗生素的表面电荷取决于土壤的pH值,从而会影响抗生素的吸收和迁移。有研究表明,四环素在酸性环境下带正电,会中和土壤表面的负电荷,而在碱性条件下为阴离子形态,会被带负电的土壤表面排斥[16]。磺胺类抗生素(例如磺胺吡啶,磺胺甲恶唑和磺胺二甲氧嘧啶)在土壤pH值大约为6时表现出相对较高的吸附力,四环素类在pH约为8时会与土壤中的金属发生络合作用从而被强烈吸附在土壤中[95]。Park等人[96]研究发现磺胺类抗生素的转运具有pH依赖性,在高pH条件下磺胺类抗生素在土壤中迁移较快,其迁移速率取决于抗生素的p Ka值和等电点,在等电子点以下时,磺胺的阳离子和中性形态在水溶液中占优势,由于土壤矿物表面通常带负电荷,所以土壤与非负电荷形式之间容易产生静电相互吸引作用。但由于土壤组成和特性的复杂性,在土壤培养实验中,很难直接揭示抗生素的植物吸收与离子形态之间的相关性。


本文编号：3415127