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磺胺抗生素对油菜的氧化胁迫效应及其联合作用*

更新时间:2009-03-28

磺胺抗生素是人工合成的具有对氨基苯磺酰胺结构的一类药物。与其他抗生素相比,磺胺抗生素具有抗菌谱广、化学性质稳定、价格低廉以及使用方便等优点,被广泛作为畜禽治疗及预防用药添加到饲料中。随着经济及农业技术水平的快速发展,其使用量与日俱增[1-4]。这些磺胺抗生素最终会通过畜禽粪便和养殖废水等途径进入到环境中。然而,目前关于磺胺抗生素在生态环境中的毒性效应了解仍较少。王静等[5]研究发现,磺胺抗生素会对过氧化氢酶产生很大影响,并且其生物抑制毒性随培养时间的延长而加大。另一项关于磺胺对甲氧嘧啶对植物毒性效应的研究中也发现,磺胺对甲氧嘧啶对油菜(Brassica campestris)的根长、芽长均显示出了较强的抑制作用[6]。在本课题组先前的研究中,也观察到单一的磺胺抗生素污染会对小麦(Triticum aestivum)幼苗产生生化水平上的毒性效应[7]。而关于磺胺抗生素对植物的毒性机理,特别是磺胺抗生素联合效应的研究还较为鲜见。

油菜作为一种典型的蔬菜作物,具有对污染敏感、种植面积广、易栽培等优点[8]。基于此,本研究以具代表性的磺胺抗生素磺胺噻唑(ST)和磺胺甲恶唑(SMZ)为供试污染物,重点研究其单一及联合胁迫对油菜幼苗的叶绿素(CHL)含量以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD))活性的影响,以了解ST和SMZ的毒性效应及各自的毒性作用特点,以期为磺胺抗生素环境效应评价和安全管理提供依据。

在大井,就是在茅坪八角楼一方小天地里,在油灯的微弱亮光下,毛泽东同志写出了《中国的红色政权为什么能够存在?》和《井冈山的斗争》两篇光辉著作;在小井,当年红军为了打破敌人的围剿和经济封锁,办起了被服厂、军械处、医院,组织红军指战员参加农业生产劳动,依靠根据地军民自力更生、艰苦奋斗,才基本摆脱困境,渡过难关;红军战士每天只有5分钱的生活费,但战士们却节省出两厘钱支援伤病员,还把仅有的一点食盐积攒起来,化成盐水为伤员消毒,自己忍受着浮肿的痛苦……点点滴滴,都在告诉我们,我们党是靠顽强坚持、艰苦奋斗起家的,也是靠顽强的坚持和不懈的奋斗发展壮大、成就伟业的。

1 材料与方法

1.1 实验仪器与试剂

主要实验仪器:TU-1901双光束紫外可见分光光度计(国产),Hettich 32R低温高速冷冻离心机(德国Hettich公司)。

医院中央空调系统运行时,为了保证空调效果,门窗都要求关闭,如果新风量不足会造成室内空气污浊,不利于病人的康复和医疗工作者的身心健康。如何提高空调系统运行的舒适度,同时降低空调系统运行费用是暖通设计师需要考虑的问题。在民用空调系统中温湿度独立控制系统由于其显著的节能特性得到越来越广泛的使用,在医疗卫生系统的空调系统设计中,由于医院新风的重要性,对新风的处理不但要求达到相应的露点温度的要求,同时还要保证新风的洁净度和品质,防止新风污染,本文综合考虑几种新风除湿方式提出了双冷源新风机组在医院新风处理中的适用性,并通过运行数据分析了双冷源新风机组的节能特性。

主要试剂:ST(纯度98%)和SMZ(纯度98%)均购自美国Sigma公司,其他酶反应试剂均为分析纯,购自美国Acros公司。

实验所用油菜种子购自天津黄瓜研究所,挑选籽粒饱满的油菜种子经5%(质量分数)次氯酸钠溶液消毒后,用去离子水冲洗干净,于25 ℃下恒温培养5 d后,将油菜幼苗分别种植在土壤中盆栽培养,每个盆中先放置2层滤纸,然后放入400 g土。本实验共设置7个处理,每个处理3次重复,第1个处理组为未染毒的对照组(CK),第2~4个处理组分别为15.0 mg/kg ST、15.0 mg/kg SMZ、15.0 mg/kg ST与15.0 mg/kg SMZ等浓度联合,第5~7个处理组分别为45.0 mg/kg ST、45.0 mg/kg SMZ、45.0 mg/kg ST与45.0 mg/kg SMZ等浓度联合,每个盆中种植3株油菜,每天给植物浇水,然后分别在培养1个月及2个月后采样测定。

1.2 油菜幼苗毒性实验

实验所用土样采自0~20 cm表层未污染土壤,风干过2.0 mm筛后分别进行ST、SMZ、ST与SMZ联合染毒。

2.如果项目运营失败,会影响政府公信力。城镇综合开发PPP项目往往具有项目复杂、投资金额大、建设运营期限长等特点,这些特点直接决定着项目风险巨大。目前从实践看,较为简单的PPP单体项目尚且有不少失败的案例,城镇综合开发PPP项目运营面临失败的可能性会更大,如果项目运营失败,会直接影响政府公信力。

1.3 测定方法

CHL含量的测定按照HEGEDÜS等[9]1086的方法进行,采用80%(体积分数)的丙酮浸提CHL,CHL单位为mg/g (以单位鲜质量计);SOD及POD活性的测定采用WU等[10]39的方法进行。SOD活性测定反应体系包括甲硫氨酸、氯化硝基四氮唑蓝、核黄素、磷酸缓冲液和酶液,SOD活性单位为U/g(以单位鲜质量计);POD活性测定反应体系包括过氧化氢、愈创木酚、磷酸缓冲液和酶液,POD活性单位为U/g(以单位鲜质量计)。

染毒1个月及2个月后,油菜叶片的POD活性均被显著诱导。与低剂量组相对,高剂量组油菜叶片的POD活性并未发生显著变化(见图3)。染毒1个月后,无论低剂量组还是高剂量组,均为SMZ对POD活性的诱导作用最强;而ST、ST-SMZ联合处理组对POD活性的诱导作用相当,两者之间无显著差异。染毒2个月后,各处理组较染毒1个月后 POD活性均显著升高。说明随着暴露时间的延长,磺胺抗生素对POD活性的诱导作用大大增强。

1.4 数据处理

染毒1个月后,相比对照组,各处理组油菜叶片的SOD活性均被显著诱导(见图2)。无论低剂量组还是高剂量组,均为SMZ对SOD活性的诱导作用最强。ST、ST-SMZ联合处理对SOD活性的诱导作用相当,两者之间无统计学差异。染毒2个月后,各处理组SOD活性均显著降低;除了低剂量和高剂量的SMZ处理组SOD活性仍被显著诱导外,其余各处理组SOD活性与对照组相比均无显著差异。这表明随着染毒时间的延长,磺胺抗生素对SOD的诱导作用减弱。

2 结果分析

2.1 油菜叶片CHL含量的变化

染毒1个月及2个月后,油菜叶片中CHL的含量均被两种抗生素的单一及联合处理显著抑制(见图1)。染毒1个月后,无论低剂量组(15.0 mg/kg)还是高剂量组(45.0 mg/kg),均为SMZ对CHL的抑制作用较强,极显著低于对照组。而ST-SMZ联合处理组对CHL的抑制作用却大体略小于SMZ处理组,但是两者之间无统计学差异。染毒2个月后,无论低剂量组还是高剂量组,SMZ对CHL仍为极显著抑制。而ST-SMZ联合处理组对CHL的抑制作用与SMZ处理组相比,差距明显减小。并且,随着暴露时间的延长,各处理组CHL的含量显著下降。

  

注:标注相同字母的表示无显著差异,图2、图3同。

 

图1 ST、SMZ、ST-SMZ联合处理下油菜叶片的CHL质量浓度Fig.1 CHL concentration in rape leaves under ST,SMZ and joint ST-SMZ treatments

2.2 油菜叶片SOD活性的变化

采用Origin软件进行各图形的绘制,采用SPSS统计软件进行数据统计分析,利用SPSS中的One-Way ANOVA对组间数据进行差异显著性分析,P<0.05表明差异显著,P<0.01表明差异极显著。

  

图2 ST、SMZ、ST-SMZ联合处理下油菜叶片的SOD活性Fig.2 SOD activity in rape leaves under ST,SMZ and joint ST-SMZ treatments

2.3 油菜叶片POD活性的变化

乌东德水电站是金沙江下游河段 (攀枝花市至宜宾市)四个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的最上游梯级,为Ⅰ等大(1)型工程,枢纽工程主体建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物等组成。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝,建基面高程为718m,坝顶高程988m,最大坝高270m,电站总库容 74.08亿 m3,总装机容量 10200MW。

  

图3 ST、SMZ、ST-SMZ联合处理下油菜叶片的POD活性Fig.3 POD activity in rape leaves under ST,SMZ and joint ST-SMZ treatments

3 讨 论

抗氧化酶(如SOD和POD)可以保护细胞免受活性氧自由基(AOS)的有害效应影响,并可控制AOS在细胞水平的含量[16-17]。其中SOD是第1道防线,主要用于直接对抗有毒的AOS,并在此过程中产生过氧化氢,因此,SOD活性的诱导往往与清除过氧化氢的酶活性的诱导一致[18]。ORUC等[19]研究发现,2,4-二氯苯氧乙酸和保棉磷暴露会显著诱导生物体内SOD的活性。本研究中,染毒1个月后,油菜叶片的SOD活性均被显著诱导,表明植物体为保护免受伤害启动了自身的保护机制,诱导了SOD的活性,从而清除有毒的AOS。而随着暴露时间的延长,SOD活性的诱导程度大大减弱,这可能是由于此时产生的AOS量过大,已超出了SOD的清除能力,因而使SOD的活性有所下降,这说明植物体虽然可以启动自身保护机制,但这种能力也是有限的。

由于抗生素会持续不断地进入土壤环境,由此引发的其单一及联合作用对作物的慢性毒性效应不容忽视。CHL作为一种常见指标,可反映污染物对植物健康的影响[11-13],JIAO等[14]在研究双酚A对大豆不同生长阶段CHL含量的影响时发现,中等及高剂量的双酚A暴露会抑制CHL合成过程中关键酶类的活性,进而引起大豆CHL含量的下降。这与本研究的结论一致。本研究也观察到在所选浓度范围内,磺胺抗生素的单一及联合处理均显著抑制CHL的合成。光合作用是植物体生长发育的基础,光合作用过程非常复杂,包括初级反应、电子传递、光合磷酸化和CO2释放等过程[15]。CHL是植物进行光合作用的重要物质,会捕获光,并作为电子分离和传递的媒介。作为初级反应的关键组分,CHL合成若受到抑制,会直接影响植物的光合作用,进而对植物的生长发育受到影响。本研究中,磺胺抗生素胁迫下,随着暴露时间的延长,各处理组CHL的含量均显著下降,这表明磺胺抗生素对植物的毒性随着暴露时间的延长而加强。

本研究中,ST与SMZ等浓度的联合染毒实验表明,两者复合之后对油菜的毒性效应并未增加。CHL含量显示SMZ处理组与ST-SMZ联合处理组的毒性效应相当,而ZHAO等[21]的研究中观察到全氟烷基化合物和Cd联合处理组对CHL合成会产生抑制作用,这可能是由于污染物或受试生物的差异所致。抗氧化酶各指标均显示SMZ的毒性作用最强,ST与ST-SMZ联合处理组的毒性效应大体相当。然而较单一处理组而言,ST-SMZ联合处理组并未产生等倍剂量的毒性效应,这可能是由于本研究所选取的磺胺抗生素剂量已达到了其毒性效应的剂量阈值,也可能是ST与SMZ存在拮抗作用。

POD是清除过氧化氢的重要酶类,尤其在细胞溶质水平,POD是过氧化氢的主要清除者,在POD分解过氧化氢的过程中需要共基质的参与来完成[9]1086,[10]38。本研究中,在染毒1个月、2个月后,油菜叶片的POD活性均被磺胺抗生素显著诱导。JI等[20]的研究也发现,所有样地中水稻体内POD的活性均被显著诱导,污染物浓度越大,POD活性的诱导程度也越高。这表明,污染物的胁迫能使植物启动抗氧化防御系统。随着染毒时间的延长,磺胺抗生素对POD活性的诱导作用大大增强,表明随暴露时间延长产生了更多的过氧化氢,POD要清除这些过氧化氢进而使得活性被大大诱导。

4 结 论

(1) 染毒1个月后,无论低剂量组还是高剂量组,均为SMZ对CHL的抑制作用较强,极显著低于对照组。而ST-SMZ联合处理组对CHL的抑制作用略小于SMZ处理组。染毒2个月后,无论低剂量组还是高剂量组,SMZ对CHL仍为极显著抑制。

(2) 染毒1个月后,无论低剂量组还是高剂量组,均为SMZ对SOD活性的诱导作用最强,ST、ST-SMZ联合处理组对SOD活性的诱导作用相当。染毒2个月后,各处理组SOD活性均显著降低,只有低剂量和高剂量的SMZ处理组SOD活性仍被显著诱导。

(3) 染毒1个月后,无论低剂量组还是高剂量组,均为SMZ对POD活性的诱导作用最强,ST、ST-SMZ联合处理组对POD活性的诱导作用相当。染毒2个月后,各处理组变化趋势较染毒1个月后 POD活性均显著升高。

1.1 一般资料 回顾性分析2017年11月至2018年2月期间于北京医院内分泌科门诊就诊并接受微创治疗的出血型甲状腺囊性结节患者15例。其中男性6例,女性9例;年龄(53.7±13.9)岁;囊性结节单发14例,多发1例,大小范围4.9~59.5 mL,大小(17.41±13.84)mL。本研究获得全部患者的知情同意。

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李亚宁,张丽红,殷艳艳,张晨,刘伟,高歆,李凤祥
《环境污染与防治》 2018年第05期
《环境污染与防治》2018年第05期文献

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