四环素对蓝藻的急性毒性研究毕业论文(编辑修改稿)

四环素对蓝藻的急性毒性研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

中使用的抗生素有 30%~90%以母体化合物形式随畜禽粪便排出，某些抗生素能以母体化合物形式排出高达 95%［ 2］。 因此对该问题更应引起重视。 北京大学临床药理研究所肖永红教授等专家调查推算，中国每年生产抗生素原料 21万吨，有 万吨抗生素用于畜牧养殖业，占年总产量的 %。 滥用抗生素使得抗生素以活性形式存在于污水中。 超过 90%的人类使用的抗生素以活性形式排出体外，这些抗生素接着出现在我们的饮用水中，不仅会进入人体干扰正常的菌群平衡，而且还可以通过杀灭周围环境中的有益菌来破坏生态平衡。 同时，农业滥用抗生素正在导致超级病毒的传播，非传染性疾病和免疫性疾病大大增加了，人类的免疫系统正在衰退，而抗生素的滥用也是造成新型疾病增加的原因之一。 多方面的资料表明，现有水处理技术对污水中含有的相当一部分抗生素没有明显的去除效果如抗癫痫药卡马西平的去除率仅为 8%，而降血脂药氯贝酸的去除率几乎为 0，全部随污水处理厂出水进入受纳水体。 因此，对于含有抗 生素的医院污水或城市生活污水，无论是否经过处理，只要实施排放，均可以导致对地表水、地下水以及农田土壤环境的污染。 此外兽药抗生素在畜禽养殖业中以亚治疗剂量长期添加于动物饲料，起到刺激动物生长和促进增产的作用。 目前在全球范围内几乎所有地区都采用抗生素来实现增加产量、提高经济效益的目的。 然而，研究表明，抗生素药物只有 15%可被吸收利用，大约 85%未被代谢而被直接排放至环境中。 例如，绵羊口服的土霉素中 21%通过尿液排出体外，而 四环素对蓝藻的急性毒性研究 2 对于幼牛 17~75%的氯四环素未经代谢就以母体化合物的形态被排出体外。 到 20xx 年，全国 畜禽粪便的排放量将达 45 亿吨。 如此大量的畜禽粪便排放，是构成我国抗生素面源污染的主要原因之一。 抗生素在水产养殖中也被广泛使用，近年来公布的数据表明，水产养殖业使用的抗生素仅有 20~30%被鱼类吸收， 70~80%进入水环境中。 因此，水产养殖业中抗生素的大量使用，是抗生素进入水环境的一个重要途径 ［ 3］。 四环素类抗生素 的污染现状 四环素类是由链霉菌产生的一类广谱抗生素，在化学结构上都属于多环并四苯羧基酰胺母核的衍生物，可分为天然品和四环素类抗生素，一般通过与核蛋白体的 30S 亚单位结合，阻止氨酰基 tRNA 同核蛋白体结合产生药理作用，起到抑菌、杀菌作用。 20 世纪40 年代末、 50 年代初，金霉素、土霉素和四环素相继从链霉菌发酵液中分离得到，这 3种四环素类抗生素都显示了完全的交叉抗性，有着相似的、广泛的抗菌谱，对革兰氏阳性、革兰氏阴性菌、支原体、立克次体和衣原体之类的微生物都有活性。 1957 年，去甲环素被发现，通过对这些抗生素进行降解研究，人们发现它们具有极为相似的化学结构，有 4个环线形相连构成主体骨架，从此“四环素”被看成一类新的抗生素。 目前，四环素类抗生素中最主要种类包括四环素、土霉素、金霉素等，其他半 合成制取种类主要包括甲烯土霉素、强力霉素、二甲胺基四环素等。 四环素类抗生素在进入人或动物体内后，由于氧化、还原、水解以及共轭接合作用，这些药物形态的改变使其理化性质和生态毒性发生变化，但研究显示，随动物体排出以后，代谢物质可能会恢复为其母体化合物 ［ 4］。 在密集型养鱼场，最终有 70%~80%药物流入环境之中 ［ 5］。 在密集型畜牧养殖场这种现象同样严重。 有报道显示：土霉素在绵羊粪便中残留 21%，金霉素在小公牛粪便中残留 17%~75%［ 6］。 Liguoro 等 ［ 7］ 以 60mgkg1d1土霉素的量对 50 头农场喂养的西门塔尔牛进行 5 d 口服实验，此后对其粪肥中土霉素含量进行测定。 结果表明，土霉素在粪肥中的半衰期为 30 d，在粪肥熟化 5 个月后仍然检测到土霉素的残留，含量达到 820 μgk1。 在德国农业土壤和草原土壤的 0~10cm 土壤表层中分别检测到含有 4 mgk1 和 mgk1的四环素 ［ 8］。 而在荷兰，有研究推测，如果将荷兰在饲料中添加的所有促生长剂分散在 200 万 hm2的耕地上，那么每平方米的耕地上可能发现 130 mg 抗生素及其代谢物，与之对应的是每千克干土为 mg。 实际上，四环素类抗生素的分布不可能如此均一，因此可以预测，部分地区的局部浓度要高于平均值。 即由于抗生素环境浓度预测模型的不成熟，以及抗生素环境分布的变异性，局部地区的浓度真实值可能远大于预测平均值 ［ 9］。 由此可见，四环素类抗生素的污染作为一个全球性普遍存在的问题，这类物质一般均具备高生物活性和持久性，这就决定了其必然具有一定的潜在生态环境风险。 尤其是随着集约化现代畜禽养殖业的迅速发展，抗生素类药物构成对环境以及对生态系统和人体健康 四环素对蓝藻的急性毒性研究 3 的威胁日益暴露。 虽然，人们对药物及个人防护品污染物（ PPCPs）等新型污 染物造成的生态环境问题给予了越来越多的关注，而作为 PPCPs 这一大类污染物中的四环素类药物的环境污染方面的研究还相对较少 ［ 10～ 13］ ，尤其是其污染机理及生态毒性的研究还处于研究的起始阶段。 因此，对四环素类药物的生态毒理研究非常必要。 四环素类抗生素的生态毒性 四环素类抗生素对微生物的生态毒性 由于四环素类抗生素主要用来抑制菌类物质的生长发育，因此近年来研究者们对于四环素对细菌、真菌和微藻等的生态毒性做了广泛研究。 一般情况下，四环素对原核生物（如蓝藻）的毒性高于单细胞真核生物（如微藻类 ），单细胞生物对抗生素的敏感度则高于多细胞生物，这也与设计生产四环素类药物的初衷一致。 例如，通过对费氏弧菌的长达 24h毒性研究表明，四环素的 EC50值为 mgkg1［ 14］。 Ferreira 等同时研究了四环素对扁藻的和卤虫的生长抑制情况，结果表明，扁藻对四环素的敏感度大约为卤虫的 70 倍，这一规律也被许多类似实验所验证 ［ 15～ 18］。 四环素类药物对微藻的毒性主要体现在抑制微藻蛋白质合成和叶绿体的生成最终造成对微藻生长的抑制。 Ferreira 等依据 OECD201 准则《藻类生长抑制测试》（ OECD， 1984）研究了四环素对扁藻的生长抑制情况。 通过 96 h 暴露，在四环素浓度大于 mgL1溶液中扁藻的生长抑制显著， NOEC 值为 mgL1， LOEC 值为 mgL1， 72 h 及 96h IC50值分别为 （ 95%置信区间为： ~ mgL1）和 mgL1（ 95%置信区间：~ mgL1）。 此外，四环素类药物能够抑制铜绿微囊藻和绿藻的蛋白质合成。 强力霉素对绿藻的毒性为 IC50= mgL1［ 19］ ，土霉素能抑制等鞭金藻叶绿素含量的生成，并且药量越大抑制作用越强；对类胡萝卜素的生成起促进作用，药量越大则类胡萝卜素含量越多。 叶绿素含量减少，则藻细胞的光合作用强度下降，即新陈代谢强度减弱，细胞的繁殖能力下降。 ［ 20］ 王志强运用藻类抑制试验，以光密度法确定藻细胞的生物量，研究了兽医临床 12 种常用的抗菌药对铜绿微囊藻的急性毒性。 试验结果表明，大多数所测定的抗菌药对铜绿微囊藻藻都有不同程度的抑制作用，半数抑制浓度（ EC50）值处于 mg/L 水平，同时，抗菌药对藻类的急性毒性呈明显的剂量效应关系，并且铜绿微囊藻 对抗菌药较为敏感 ［ 21］。 四环素对蓝藻的急性毒性研究 4 表 11 抗菌药对铜绿微囊藻的急性毒性 抗菌药对铜绿微囊藻的急性毒性 药物 浓度范围 48hEC50 72hEC50 96hEC50 红霉素 泰乐菌素 替米考星 泰妙菌素 新霉素 阿米卡星 卡那霉素 —— —— —— 氟苯尼考 恩诺沙星 3 诺氟沙星 —— —— —— 四环素类抗生素对植物的生态毒性 目前四环素类抗生素对植物的生态毒性的研究主要集中在对实验室模拟条件下水生植物和陆生植物的水培养条件下的毒性研究。 多项研究表明，四环素类抗生素可能通过抑制叶绿体合酶的活性，从而对植物生长产生抑制作用，影响植物发芽率和根的生长，这与四环素对微藻的毒性研究结果相似。 四环素类药物对植物根的毒性较大，高浓度时显著抑制初生根的生长，这可能与四环素在植物根部的蓄积量有关，在根部蓄积量最多，因此表现出对根生长的抑制作用最为显著。 Migliore 等 ［ 22］ 的研究证实了该机制，研究发现植物的根是抗生素药物的主要积累场所。 当土霉 素浓度升高时，紫花苜蓿的叶子出现变黄现象，四环素类抗生素对紫花苜蓿的毒性可能是由于四环素与叶绿体合酶结构相似，因此四环素抑制了叶绿体翻译活性及叶绿体合酶的活性。 ［ 2 24］ Kong 等 ［ 25］ 通过一系列溶液培养实验对于紫花苜蓿对土霉素的摄取情况及土霉素对紫花苜蓿发芽及根的生长的影响进行了研究。 研究表明，当浓度高于 mmolL1时，土霉素对紫花苜蓿的生长有显著的抑制作用。 根的生长较发芽对土霉素更为敏感，土霉素对紫花苜蓿发芽及根生长的抑制率分别达61%和 85%。 四环素类抗生素对动物的 生态毒性 四环素类抗生素能够抑制水生动物多种酶的活性，如乙氧基试卤灵 O去乙基酶、β 半乳糖苷酶等，并可能造成鱼类较严重的 DNA 损伤。 Wollenberger 等根据水蚤急性毒性试验的标准协议（ ISO， 1989b）测定了包括四环素类抗生素在内的 9 种抗生素对水蚤的急性毒性，并根据 48 h 急性毒性试验 EC50值进行排序。 同时，根据水蚤繁殖测试标准过程（ OECD， 1996）利用半静态检验估计其对水蚤生殖能力的毒性效应。 结果表明，土霉素的 48h EC50超过 1000 mgL1，而四环素的 NOEC 值为 340 mgL1，在每个浓度均观察 四环素对蓝藻的急性毒性研究 5 到对水蚤生殖能力的影响，其影响较急性毒性水平低一个数量级。 Ferreira 等以硝化纤维过滤的大西洋海水中的卤虫为研究对象，通过 24 h 和 48 h 的卤虫死亡数计算死亡率，利用概率值分析法计算半致死浓度，结果显示，四环素 24 h 和 48h IC50分别为 mgL1（ 95%置信区间为： ~ mgL1）和 mgL1（ 95%置信区间为： ~1129 mgL1），其 NOEC 和 LOEC 值分别为 637 mgL1和 828 mgL1。 四环素的 理化性质 和药理毒理 四环素 的理化性质 该盐酸盐为 黄色 结晶性粉末；无臭，味苦；有引湿性；遇光色渐变深，在 碱性 溶液中易破坏失效。 在水中溶解，在 乙醇 中略溶，在 氯仿 或 乙醚 中不溶。 分子式 C20H24N2O8，分子量。 黄色晶体，熔点 170～ 175176。 C （分解）。 微溶于水，溶于 乙醇 和 丙酮 ，在空气中稳定，但易吸收水分，受强日光照射变色。 密度： g/cm3； 沸点： 176。 C at 760 mmHg； 蒸汽压： 0 mmHg at 25176。 C。 图 11 四环素结构式 对革兰氏阳性和阴性细菌，各种 立克次氏体 、螺旋体、大型病毒等有抑制作用。 用于治疗肺炎、斑疹伤寒、 阿米巴 痢等。 供口服。 但有呕吐、恶心、腹泻等 副作用。 可由金霉素脱氯制得，或由培养能产生四环素 的放线菌的 发酵液 中提取。 四环素 的药理毒理 四环素为广谱抑菌剂，高浓度时具杀菌作用。 除了常见的革兰阳性菌、革兰阴性菌以及厌氧菌外，多数立克次体属、支原体属、衣原体属、非典型分枝杆菌属、螺旋体也对本品敏感。 四环素对革兰阳性菌的作用优于 革兰阴性菌 ，但 肠球菌属 对其耐药。 其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆 菌、奴卡菌属等对四环素敏感。 四环素对淋病奈瑟菌具一定抗菌活性，但 耐青霉素 的淋球菌对四环素也耐药。 四环素对弧菌、鼠疫杆菌、 布鲁菌属 、弯曲杆菌、耶尔森菌等革兰阴性菌抗菌作用良好，对铜绿假单 四环素对蓝藻的急性毒性研究 6 胞菌无抗菌活性，对部分 厌氧菌属 细菌具一定抗菌作用，但远不如甲硝唑、克林霉素和氯霉素，因此临床上并不选用。 多年来由于四环素类的广泛应用，临床常见病原菌包括葡萄球菌等革兰阳性菌及肠杆菌属等革兰阴性杆菌对四环素多数耐药，并且，同类品种之间存在交叉耐药。 四环素的作用机制在于药物能特异性地与细菌核糖体 30S 亚基的 A 位置结合，阻止氨基酰－ tRNA 在该位上的联结，从而抑制肽连的增长和影响细菌蛋白质的合成。 蓝藻 、铜绿微囊藻 蓝藻概述 蓝藻和具原核的细菌等一起，单立为原核生物界。 所有的蓝藻都含有一种特殊的蓝色色素，蓝藻就是因此得名。 蓝藻门分为两纲：色球藻纲和藻殖段纲。 色球藻纲藻体为单细胞体或群体；藻殖段纲藻体为丝状体，有藻殖段。 蓝藻在地球上分布十分广泛，遍及世界各地，但大多数（约 75%）淡水产，少数海产；有些蓝藻可生活在 60～ 85C 的温泉中；有些种类和菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生；有些还可穿入钙质岩石或介壳中（如穿钙藻类）或土壤深层中（如土壤蓝藻）。 铜绿微囊藻概述 铜绿微囊藻是常见的水华蓝藻，属原核生物界、真细菌、蓝藻门、蓝藻纲、色球藻目、微囊藻科、微囊藻属。 铜绿微囊藻细胞大小仅有 3 至 8 微米，且其外没有鞘包覆。 细胞常聚集成肉眼可见的群落，这些群落。