土壤四环素和金霉污染的分子毒理与环境质量基准研究

摘要

四环素(Tetracycline，TC)和金霉素(Chlorotetracycline，CTC)是两种具有广谱抗菌效果的抗菌剂，由于在个人护理和畜禽养殖业中大量使用，导致其及其代谢产物在环境介质中普遍存在，并逐渐显现出对环境生物的毒性效应，对人类具有潜在的生态风险。通过对土壤生物的微观分子毒性研究，一方面有助于了解抗生素对土壤生物的毒作用浓度水平，为评估抗生素的生态风险奠定基础，为土壤环境质量基准的制定提供基础数据；另一方面，建立更为精确和敏感的生态毒理指标和方法，及时监测土壤环境，避免或减轻环境污染的损害具有重要意义。本论文通过对二者的生态毒理效应的研究，从个体、组织、细胞和分子等不同水平上研究了两种抗生素对土壤模式生物蚯蚓的毒性效应，分析了两种抗生素暴露对蚯蚓急性致死、抗氧化酶系统、DNA损伤的影响。结果表明，四环素和金霉素属于低毒污染物，在浓度范围内对没有产生蚯蚓急性致死作用。不同暴露时间、不同暴露浓度四环素和金霉素对蚯蚓抗氧化酶活性和MDA含量的影响存在一定差异，均不存在明显的剂量效应关系。对于四环素，从3 mg/kg开始CAT酶、SOD酶及MDA开始有响应，随着暴露时间的增加，响应逐渐消失。对于金霉素，POD酶在暴露7天时就有显著的抑制响应；暴露28天后，CAT酶开始响应；SOD与MDA无响应。对于四环素，三种酶的敏感性为：SOD>CAT>POD；对于金霉素，三种酶的敏感性为：POD>CAT>SOD；四环素和金霉素均对蚯蚓具有细胞毒性，较低浓度即可引起蚯蚓体腔细胞DNA损伤作用，随着暴露浓度增加DNA损伤加剧，DNA损伤与暴露浓度之间存在显著的剂量效应关系，且金霉素引起的DNA损伤交四环素大。蚯蚓体腔细胞DNA损伤对四环素和金霉素的响应较敏感。同时分析了四环素对蚯蚓抗氧化酶SOD、CAT和Hsp70 mRNA相对表达水平的影响。结果表明，四环素暴露条件下，蚯蚓抗氧化酶SOD、CAT和Hsp70 mRNA的相对表达量均有响应。蚯蚓体内CATmRNA的表达受到基本受到诱导，表达上调。SOD mRNA和HSP mRNA的表达大体呈抑制趋势，其中，Hsp70 mRNA相对表达量对四环素的响应相比较最为敏感。本实验条件下，蚯蚓抗氧化物酶SOD mRNA、CAT mRNA和Hsp70 mRNA相对表达量与四环素暴露浓度之间均没有表现出明显的剂量-效应关系。最后，结合他人对人体毒理研究的部分成果，分析了四环素对人体的健康效应，并最终根据毒理试验的数据推导出四环素和金霉素对蚯蚓的土壤环境质量基准推荐值，分别为0.026 mg/kg和0.28 mg/kg。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

第一节 四环素和金霉素的基本情况

1.1.1 理化性质

1.1.2 四环素和金霉素的污染来源

1.1.3 四环素和金霉素的环境污染水平

第二节 四环素和金霉素的毒性效应

1.2.1 四环素和金霉素对生物个体水平的毒性

1.2.2 四环素和金霉素的生物分子毒性

第三节 四环素和金霉素的人体健康效应

第四节 新型有机污染物的土壤环境质量基准研究

第五节 研究目的、意义和研究内容

1.4.1 研究目的和意义

1.4.2 主要研究内容

第二章 四环素和金霉素对蚯蚓滤纸接触急性毒性效应

第一节 概述

第二节 试验材料与方法

2.2.1 受试生物

2.2.2 试验药品和仪器

2.2.3 试验方法

2.2.4 数据处理

第三节 结果与讨论

第三章 四环素和金霉素对蚯蚓抗氧化酶系的毒性效应

第一节 概述

第二节 试验材料与方法

3.2.1 土壤

3.2.2 受试生物

3.2.3 试验药品与仪器

3.2.4 染毒试验

3.2.5 蚯蚓抗氧化酶试验

3.2.6 试验数据处理

第三节 结果与讨论

3.3.1 四环素和金霉素胁迫下对抗氧化酶活性及脂质过氧化产物的影响

3.3.2 不同暴露时间下复合污染物胁迫的各氧化酶活性结果

第四节 本章小结

第四章 四环素和金霉素对蚯蚓体腔细胞的DNA损伤效应

第一节 概述

第二节 试验材料与方法

4.2.1 土壤

4.2.2 受试生物

4.2.3 试验药品与仪器

4.2.4 染毒试验

4.2.5 蚯蚓体腔细胞彗星实验

4.2.6 试验数据处理

第三节 结果与讨论

4.3.1 不同浓度的单一污染物胁迫对DNA损伤的影响

4.3.2 不同浓度的复合污染胁迫对DNA损伤的影响

4.3.3 不同抗生素种类对DNA损伤的影响

4.3.4 DNA损伤结果与相对应处理组的抗氧化酶活性结果的比较分析

第四节 本章小结

第五章 四环素对蚯蚓特定基因表达的毒性效应

第一节 概述

第二节 试验材料与方法

5.2.1 土壤

5.2.2 受试生物

5.2.3 试验药品与仪器

5.2.4 染毒实验

5.2.5 实时定量PCR试验

5.2.6 统计分析方法

第三节 结果与讨论

5.3.1 蚯蚓总RNA浓度测定、电泳及反转录结果

5.3.2 不同暴露时间和浓度的四环素对蚯蚓相关基因表达的影响

5.3.3 与相对应处理组的抗氧化酶活性结果的相关性分析

第四节 本章小结

第六章 四环素和金霉素的健康效应研究

第一节 四环素的分子作用机理

第二节 四环素的暴露和环境流行病学

第七章 四环素和金霉素的土壤环境质量基准值研究

第一节 概述

第二节 四环素和金霉素生态毒理筛选值

第三节 展望

第八章 全文总结和创新点

第一节 全文总结

第二节 创新点

参考文献

致谢

个人简历