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Effects of chlortetracycline and 4-epi-chlortetracycline stress on seedling growth, antioxidant enzyme activities and accumulation in pakchoi

金霉素和其代谢物胁迫对小白菜幼苗生长和抗氧化酶活性及累积效应的影响



全 文 :书金霉素和其代谢物胁迫对小白菜幼苗生长和
抗氧化酶活性及累积效应的影响
魏瑞成1,裴燕2,政晓丽3,朱旭博3,陈明1,王冉1
(1.江苏省畜禽产品安全性研究重点实验室,农业部食用农产品安全监控重点开放实验室,江苏省食品质量安全重点实验室,
江苏 南京210014;2.扬州大学动物科学与技术学院,江苏 扬州225009;3.扬州大学植物保护学院,江苏 扬州225009)
摘要:通过水培实验研究了在1,10和30mg/L浓度下,金霉素(chlortetracycline,CTC)和其代谢物差向金霉素
(4epichlortetracycline,ECTC)胁迫对小白菜种子的萌发、幼苗的早期生长、幼苗中抗氧化酶系统活性的变化以及
CTC和ECTC积累进行了研究。结果表明,根长较其他指标对CTC和ECTC生态毒性实验更为敏感,小白菜体内
SOD、POD和CAT活性被CTC诱导,活性逐渐升高,其中SOD、POD活性均高于对照,低浓度ECTC促进了SOD、
POD和CAT活性的升高,高浓度时POD和CAT活性被抑制,且随浓度升高,抑制作用加强,表明小白菜抗CTC
胁迫的能力强于ECTC。CTC和ECTC能在小白菜地上部分积累,处理浓度越高,吸收和积累量越多,其中CTC
被积累作用强于ECTC。
关键词:金霉素;差向金霉素;小白菜;抗氧化酶系统;积累
中图分类号:S634.303.4  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)05010209
  长期以来,抗生素被大量用于治疗人和动物的疾病,同时,以亚治疗剂量长期添加于动物饲料中预防动物疾
病及促进动物生长。调查显示,1999年欧盟约有3900t抗生素作为兽用治疗药物[1],1500t被加入饲料作为
促生长剂[2],美国2000年抗生素的消耗量在16000t,其中70%被用在动物生产上[3]。中国从20世纪90年代
开始,在动物生产中就广泛使用诸如四环素类、磺胺类、氟喹诺酮类等抗生素,平均使用量每年约6000t,并且大
部分是以预防和促生长剂加入饲料中使用[4]。已有文献表明,抗生素被摄入后除少部分残留在体内,有30%~
90%以原药和代谢产物的形式经由病人和动物的粪尿排出[5,6],含量在几十至上百 mg/kg[7,8]。因此,广泛使
用的抗生素和其代谢产物将由粪尿作为肥料被施用进入农业环境,抑制或杀灭环境中的靶标生物,破坏生态
平衡[9,10],同时也能被植物吸收[1113],产生生态毒害[12,14,15],并在食物链中蓄积向“上游”传递[1618],进而危及链
中高等动物和人类的健康[19,20]。环境抗生素污染已引起土壤学、生态学、环境科学、预防医学等诸多学科的
重视。
四环素类抗生素是广泛使用的一类人畜共用药物,用量约占中国抗生素消耗量的14%[21],而金霉素(CTC)
在该类药物使用中占据较大比重,常被作为添加剂应用达到预防动物疾病和促进动物生长目的。差向金霉素
(ECTC)是金霉素的代谢物之一,虽然药效极低或消失,但毒副作用增加,已经被欧盟定为金霉素的残留标识
物[22]。CTC和ECTC随着粪便或其他途径(如污泥、废水等)进入环境,其在粪便、土壤、水体中的检出浓度一般
较高,目前包括CTC在内的四环素类抗生素对植物的毒理效应研究多集中于对植物种子发芽、根伸长和芽伸长
等直观指标影响上[12,14,15],缺少系统深入的研究,而ECTC对植物的生态效应国内还未见报道。本研究以小白
菜(犅狉犪狊狊犻犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊)为材料,通过研究CTC和ECTC在水溶液中对小白菜种子发芽、幼苗生长、抗氧化酶活
性的影响,以及在植物体内的残留蓄积,确定小白菜对CTC和ECTC(图1)的敏感程度,探讨母体化合物和其代
谢物对非靶标小白菜生态毒性的差异和残留特征。
102-110
2011年10月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第20卷 第5期
Vol.20,No.5
 收稿日期:20100802;改回日期:20101025
基金项目:江苏省农业科技自主创新资金(CX(09)618)和环保公益性行业科研专项(200809092A)资助。
作者简介:魏瑞成(1979),男,河南商丘人,助研,硕士。Email:rcwei79@jaas.ac.cn
通讯作者。Email:wangran@jaas.ac.cn
图1 犆犜犆和犈犆犜犆化学结构
犉犻犵.1 犌犲狀犲狉犪犾犮犺犲犿犻犮犪犾狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳狋犺犲犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 药品与试剂 供试小白菜品种为上海青;金霉素(CTC)和差向金霉素(ECTC)标准品购自Dr.Ehren
storfer,纯度分别为CTC99%,ECTC97%;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和蛋
白质含量测定试剂盒购自南京建成生物技术公司;聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)购自德国 BASF公司;甲酸
(99%),质谱级;乙腈和甲醇,色谱级,ROESCIENTIFICINC(Newark,USA);Na2EDTA,Na2HPO4,
NaH2PO4,柠檬酸和乙酸乙酯为分析纯;水为超纯水。
1.1.2 仪器设备 WatersOasisHLB500mg6mL固相萃取柱;NEVAPTM112型氮吹仪;MiliQ超纯水
仪;Biofuge高速离心机;配备DAD检测器的Agilent1200S高效液相色谱仪和ESI源的Agilent6410三重四
极杆质谱仪。
1.2 处理
试验时间为2010年5月。小白菜种子用0.3%双氧水消毒24h,用蒸馏水洗净后挑选均一、饱满的种子置
于铺3层滤纸的培养皿(直径9cm)中,每皿100粒,设置3个重复,放置种子时,保持种子胚根末端和生长方向
呈直线。CTC和其代谢物ECTC处理浓度为1,10和30mg/L,将配制的溶液均匀的加入到培养皿中,每皿5
mL,以蒸馏水作为对照(CK)置于恒温培养箱中,25℃暗处培养。每日更换相应的溶液以保持滤纸湿润。试验结
束后,收获幼苗,用于生理生化指标的测定。
1.3 测定指标和方法
1.3.1 发芽和生长指标 种子发芽势是指发芽试验初期,在规定日期内正常发芽的种子数占供试种子数的百分
率。试验分别在第3天和第7天统计种子发芽数,计算发芽势和发芽率。公式如下:发芽势(GE,%)=前3d发
芽种子粒数/供试种子总数×100%;发芽率(GP,%)=前7d发芽种子粒数/供试种子数×100%。试验第8天
时收获幼苗,每皿随机挑取5棵生长状况较一致的幼苗测量根长、株高,挑取40株测量鲜重,并将幼苗于70℃烘
干至恒重,测其干重。
1.3.2 抗氧化酶活性测定 测定参照Xue等[23]的方法。处理第8天时取幼苗地上部分0.5g,加入5mL预冷
的0.05mol/LpH7.8磷酸缓冲液(含1%PVPK30),在冰浴上研磨成浆,匀浆倒入离心管中,4℃下10000r/min
离心20min,上清液即为酶提液,置于0~4℃下保存待用。蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G250法,测定
595nm下OD值。SOD活性的测定以37℃条件下每mL反应液中SOD抑制率达50%时所对应的SOD量为1
个SOD活力单位(U),测定550nm下OD值。POD活性的测定以37℃条件下每mg组织蛋白每min内A420催
化产生1μg底物的酶量为1个酶活力单位。过氧化氢酶(CAT)的测定采用可见光法,以每s内 A405分解1
μmol/L的 H2O2 的量为1个活性单位(U)。
1.3.3 幼苗体内抗生素积累量测定 样品处理参照 MartínezCarbalo等[24]方法优化和改进。取待测整株幼
苗,用蒸馏水洗涤4次,以除去表面附着的CTC和ECTC,然后用滤纸吸干表面水分,研磨后准确称取1.0g试
样于50mL聚丙烯具塞离心管,加10mLNa2EDTAMcIIvaine(pH4.0)溶液震荡10min,4℃下12000r/min
301第20卷第5期 草业学报2011年
离心10min,上清液转移出,分别用4mLNa2EDTAMcIIvaine重复提取2次,收集上清。将提取液注入预先用
5mL甲醇和5mL水活化的固相萃取小柱中,依次用5mL水、5mL5%甲醇水溶液淋洗,用8mL甲醇∶乙酸乙
酯=1∶9(V/V)溶液洗脱,样品装载和洗脱过程控制流速0.5mL/min。洗脱液于40℃水浴中氮气吹干,用0.5
~1.0mL甲醇溶解残留物,涡旋混合30s,过0.22μm滤膜后供LC-MS测定。生物富集系数(bioconcentra
tionfactor,BCF)是描述化学物质在生物体内累积趋势的重要指标,本试验BCF以单位鲜重幼苗体内积累的
CTC和ECTC浓度与各处理浓度之比表示。
色谱条件:Agilent150mm×2.1mmC18,5μm色谱柱;Agilent12.5mm×2.1mmC18,5μm保护柱;流
速:0.35mL/min;柱温:30℃;进样量:5μL;流动相:0.1%甲酸水(A)-乙腈(B),洗脱梯度为:0~8.2min
13.5%B→11~16min98%B→20~25min13.5%B。
基本质谱条件:ESI源(+),气体温度350℃,气体流速10L/min,雾化器压力45psi,毛细管电压(capilar
yvoltage)4000V。
1.4 数据分析
实验数据用SPSS16.0和SigmaPlot11.0进行统计分析和作图。
2 结果与分析
2.1 高效液相色谱-串联质谱分析
CTC和ECTC母离子分子量相同,同时存在共有的碎片离子,为了识别和确认它们,组分的分离对分析是相
当重要的。本实验比较了0.1%甲酸水-甲醇和0.1%甲酸水-乙腈作为流动相、C8 与C18为分离柱对目标组分
分离的影响,经过优化,采用C18色谱柱和0.1%甲酸水-乙腈在流速0.35mL/min的梯度程序下实现了ECTC
同CTC以及杂质峰的分离(图2,条件见1.3.3)。
质谱参数获得采用1mg/L的CTC、ECTC标准液以流动注射的方式在ESI(+)模式下进行母离子全扫描,
确定CTC和ECTC分子离子,然后分别以分子离子为母离子,对其子离子进行全扫描,选取丰度较强,干扰较小
的3对离子为定性离子,最后以多反应检测(MRM)确定碰撞能量和碎裂电压,优化的质谱条件见表1。
表1 犆犜犆和犈犆犜犆的 犕犚犕 监测质谱条件和方法的回收率、定量限
犜犪犫犾犲1 犕犛/犕犛犿狌犾狋犻狆犾犲狉犲犪犮狋犻狅狀犿狅狀犻狋狅狉犻狀犵(犕犚犕)犪狀犪犾狔狊犻狊犮狅狀犱犻狋犻狅狀狊,狉犲狊狌犾狋狊狅犳犿犲狋犺狅犱
狇狌犪狀狋犻犳犻犮犪狋犻狅狀犾犻犿犻狋(犕犙犔)犪狀犱狉犲犮狅狏犲狉狔狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆
药物
Drug
保留时间
Retentiontime
(min)
母离子
Precursorion
(m/z)
子离子
Production
(m/z)
碎裂电压
Fragmentor
(v)
碰撞能量
Colisionenergy
(e.v)
回收率
Recovery
(%)
定量限
MQL
(μg/kg)
ECTC 7.5 479 98 120 32 89.3 20
444 120 17
462 120 11
CTC 12.3 479 154 120 25 75.8 5
444 120 15
462 120 11
 注:为定量离子。
 Note:Quantitativeanalysision.
  称取1.0g均质后的空白小白菜样品,置于50mL聚丙烯具塞离心管中,分别加入5μg/kgCTC和25μg/kg
ECTC制成加标样品,经1.3.3所述方法提取和净化后,用质谱检测。2种化合物的回收率在75.8%和89.3%,
相对标准偏差(RSD)均小于10%。CTC在0.005~0.200μg/mL、ECTC在0.025~0.800μg/mL浓度范围内
标准曲线成线性关系,相关系数都≥0.99,测定CTC和ECTC的 MQL分别为5和20μg/kg,符合本实验要求。
401 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
图2 犆犜犆和犈犆犜犆质谱图
犉犻犵.2 犕犪狊狊犮犺狉狅犿犪狋狅犵狉犪犿狊狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆
2.2 不同浓度CTC与ECTC对小白菜生长的影响
2.2.1 CTC与ECTC对小白菜种子发芽率和发芽势的影响 小白菜种子的发芽势和发芽率受到加入CTC和
ECTC的影响,与对照相比差异不显著(表2)。高浓度的CTC和ECTC降低了种子的发芽势和发芽率,CTC使
两者分别比对照下降了7.33%和1.67%,ECTC为6.00%和0.67%,但随着处理浓度的减小,其影响也相对减
弱,说明高浓度的CTC和ECTC对种子萌发具有抑制效应。然而随着处理时间增加,1和10mg/L处理组反而
有利于种子发芽,其中以1mg/L处理组最为明显,与对照组相比,CTC使发芽率提高了5.67%,ECTC为
7.00%,可能是在一定浓度下,CTC和ECTC对小白菜种子的毒性效应要小于其被利用而做的贡献,作为C、N
源提高了种子的发芽率。
表2 不同浓度处理对小白菜生长的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆狅狀狋犺犲犵狉狅狑狋犺狅犳狆犪犽犮犺狅犻
组别
Group
浓度
Concentration
(mg/L)
发芽势
Germinationpercentage
(%)
发芽率
Germinatingviability
(%)
株高
Shootheight
(mm)
根长
Rootlength
(mm)
鲜重
Freshweight
(mg)
干重
Dryweight
(mg)
CK 0 63.33±8.14a 80.00±8.54a 67.87±7.03a 39.40±7.33a 10.62±1.71a 0.70±0.08a
CTC 30 56.00±8.72a 78.33±8.03a 33.60±2.16b 8.27±1.01b 6.59±2.43b 0.68±0.21a
10 59.33±7.37a 80.67±7.09a 33.73±1.33b 9.20±0.00b 7.39±1.70ab 0.69±0.17a
1 61.67±2.08a 85.67±5.51a 49.87±4.46c 21.53±3.44c 11.03±1.89a 0.85±0.08a
ECTC 30 57.33±3.21a 79.33±3.79a 44.87±1.40b 14.07±1.03b 11.19±1.49a 0.88±0.01ab
10 59.00±12.17a 83.00±2.65a 53.20±1.22c 20.80±1.97b 11.97±0.80a 0.99±0.12b
1 61.00±3.46a 86.33±1.53a 69.73±2.72ad 37.93±1.67ac 12.08±3.47a 1.01±0.18b
 注:统计检验采用LSD检验(犘<0.05),不同字母代表处理浓度间差异显著,下同。
 Note:Thedifferentlettersinthesamecolumnmeanthesignificantdifferenceat犘<0.05,thesamebelow.
2.2.2 CTC与ECTC对小白菜幼苗株高和根长的影响 小白菜幼苗的株高和根长均随着CTC和ECTC处理
浓度的升高而减小(表2),当CTC浓度为1~30mg/L时,各处理组的株高和根长均受到不同程度抑制,与对照
差异显著,而CTC浓度为10和30mg/L处理组的株高和根长间差异不显著,说明在选定的浓度范围内CTC对
小白菜幼苗株高和根长的影响存在浓度域值,当加入的CTC浓度低于此域值,株高和根长受抑制响应强烈,而
CTC浓度高于此域值时,虽然抑制程度增加,但响应下降,不与浓度比例呈正比。而ECTC对小白菜株高和根长
的影响只存在于高浓度处理组10和30mg/L,与1mg/L处理组和对照组相比抑制作用差异显著,低浓度处理
501第20卷第5期 草业学报2011年
组与对照组差异不显著。与株高相比,根长随CTC和ECTC浓度的升高而下降的趋势更明显,CTC和ECTC浓
度为30mg/L时,根长与其他各组间存在显著差异。说明CTC和ECTC对小白菜幼苗生长尤其是根部生长存
在显著的抑制作用,且CTC抑制作用比ECTC更明显。
2.2.3 CTC与ECTC对小白菜幼苗生物量的影响 随着CTC和ECTC处理浓度的增加,小白菜幼苗的鲜重和
干重整体上呈减小趋势。用10和30mg/LCTC处理的幼苗鲜重和干重与对照相比存在抑制作用,且处理组鲜
重与对照差异显著。而1mg/LCTC和1~30mg/LECTC对小白菜幼苗的鲜重和干重有促进作用,1mg/L
CTC处理组每株幼苗的鲜重和干重分别比对照增加了3.86%和21.43%,ECTC浓度为1,10和30mg/L时,每
株幼苗的鲜重分别比对照增加了13.75%,12.71%和5.37%,干重分别增加了44.29%,41.43%和25.71%,低
浓度促进效果最为明显。
2.3 不同浓度CTC与ECTC对小白菜幼苗SOD、POD和CAT活性的影响
超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)是1969年由 McCord和Fridovich发现的,它的直接作用是
能使O2-·变成O2 和H2O2,后者虽不是自由基,但仍属于活性氧,还需要清除。
CTC和ECTC处理组的SOD活性均高于对照
图3 不同浓度犆犜犆和犈犆犜犆对小白菜幼苗犛犗犇活性的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆狅狀狋犺犲
犛犗犇犪犮狋犻狏犻狋狔犻狀狆犪犽犮犺狅犻
图4 不同浓度犆犜犆和犈犆犜犆对小白菜幼苗犘犗犇活性的影响
犉犻犵.4 犈犳犳犲犮狋狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆狅狀狋犺犲
犘犗犇犪犮狋犻狏犻狋狔犻狀狆犪犽犮犺狅犻
(图3)。1mg/L浓度处理的小白菜中SOD活性最
强,分别比对照升高了57.89%和49.26%,10mg/L
浓度处理的小白菜中SOD活性虽然高于对照,但活性
受到抑制,仅比对照升高了22.55%和26.70%,随着
处理浓度升高,SOD活性也有所增加,30mg/L浓度
处理的小白菜中SOD活性比10mg/L浓度处理升高
了19.76%和17.27%。CTC处理组10mg/L浓度处
理与1和30mg/L浓度处理SOD活性差异显著,与
对照差异不显著,而1和30mg/L浓度处理间差异不
显著,与对照差异显著;ECTC各处理组SOD活性与
对照差异显著,1和30mg/L浓度处理间差异不显著。
可能是由于CTC和ECTC对小白菜造成了胁迫,促
进了活性氧自由基产生,低浓度(1mg/L)诱导了SOD
活性升高,而高浓度对于SOD活性的升高具有一定的
抑制作用,阻碍了SOD清除自由基的能力,如果长时
间处于高浓度胁迫状态,小白菜的生理机能可能损伤。
过氧化物酶(peroxidase,POD)是一族能利用
H2O2 氧化供氢体的氧化还原酶,它与植物的生长、发
育、抗病性、衰老、抗寒、抗旱有密切关系。
小白菜POD活性受到加入CTC和ECTC影响,
1~30mg/L的CTC处理的POD活性均比对照有明显
升高,分别比对照升高了17.17%,64.80%和73.66%,
其中10和30mg/L处理组POD活性同对照差异显
著(图4)。而ECTC诱导POD活性的作用却与CTC
相反,随着ECTC处理浓度的升高,小白菜POD活性
逐渐下降,1和10mg/L处理组POD活性只比对照升
高了15.17%和2.42%,后者的POD活性和对照的基
本相近,而30mg/L处理组POD活性却比对照降低
了16.91%,各处理组同对照差异不显著。
601 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.5
过氧化氢酶(catalase,CAT)是清除过氧化氢的重
图5 不同浓度犆犜犆和犈犆犜犆对小白菜幼苗犆犃犜活性的影响
犉犻犵.5 犈犳犳犲犮狋狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆狅狀狋犺犲
犆犃犜犪犮狋犻狏犻狋狔犻狀狆犪犽犮犺狅犻
要酶类,它催化H2O2 分解为H2O和O2。它与SOD、
POD等协同作用,有效地清除体内的活性氧。CAT
专一作用于H2O2,但反应的米氏常数Km较大,所以
只能在H2O2 浓度或酶活性较高时发挥作用。
CTC和ECTC对小白菜中CAT的影响趋势与
POD基本相同(图4,5)。1~30mg/LCTC处理的
CAT活性分别比对照低71.76%,53.63%和24.63%,
其中1和10mg/L处理组CAT活性同对照差异显
著,这可能是由于小白菜吸收CTC后抑制了CAT的
活性,而随着 CTC浓度的增加,刺激产生了较多的
H2O2,而高浓度的 H2O2 又诱导了CAT活性的升高。
ECTC诱导CAT活性随着ECTC处理浓度的升高逐
渐下降,1mg/L 处理组 CAT 活性比对照升高了
36.51%,10和30mg/L处理组CAT活性却比对照降低了5.57%和50.67%,前者的CAT活性和对照的基本相
近,后者CAT活性和对照相比差异显著。
2.4 CTC和ECTC在小白菜幼苗体内的累积
CTC和ECTC处理浓度在1~30mg/L时,随着CTC和ECTC处理浓度升高,单位鲜重小白菜幼苗体内积
累的CTC和ECTC浓度也相应增加,各组间显著差异,并且BCF值也随着浓度升高基本呈增加趋势(表3)。最
高CTC和ECTC处理浓度小白菜幼苗体内2种化合物的含量分别是最低浓度的36.4和29.7倍,而小白菜幼苗
体内积累的CTC含量是ECTC含量的1.6~2.0倍。检测发现,CTC处理的幼苗体内除了有CTC残留,还检测
到代谢物ECTC的存在,而ECTC处理的幼苗体内也检测到一定浓度的母体抗生素CTC,并且CTC处理组中测
到的ECTC与ECTC处理组残留的ECTC浓度相当。说明CTC和ECTC都可以随着小白菜的生长进入体内,
而存在的某种吸收机制造成CTC被小白菜吸收要大于ECTC,其在体内的残留浓度CTC也明显高于ECTC,小
白菜吸收的CTC和ECTC在体内可能存在动态平衡,在一定条件下,吸收的CTC可以部分代谢转化为ECTC,
而ECTC在一定条件下也可发生逆转生成CTC,当然这种逆转产生母体化合物的量是有限的。
表3 犆犜犆和犈犆犜犆在小白菜幼苗体内的累积
犜犪犫犾犲3 犜犺犲犮狅狀狋犲狀狋狊狅犳犆犜犆犪狀犱犈犆犜犆犻狀狆犪犽犮犺狅犻
处理浓度
(mg/L)
CTC处理组TreatmentgroupofCTC
CTC(μg/kg) ECTC(μg/kg) BCF
ECTC处理组TreatmentgroupofECTC
ECTC(μg/kg) CTC(μg/kg) BCF
0 0 0 - 0 0 -
1 4.46±0.71a 2.55±0.40a 0.0070±0.0011a 2.66±0.72a 1.68±0.51a 0.0043±0.0012a
10 48.50±2.14b 27.55±0.87b 0.0076±0.0003a 27.18±2.30b 17.09±1.97b 0.0044±0.0004a
30 154.21±4.07c 88.73±3.81c 0.0081±0.0003a 79.12±11.14c 50.32±9.07c 0.0043±0.0007a
3 讨论
一般认为污染物对种子萌发和幼苗生长的影响存在一个较低浓度下刺激效应和高浓度下的抑制效应[2527]。
本试验结果表明,发芽率和发芽势随着CTC和ECTC处理浓度的增加均表现出逐渐降低的趋势(表2)。种子萌
发后,幼苗处在含抗生素的培养液中,株高、根长、鲜重和干重受到不同程度的影响,在高浓度CTC和ECTC的
胁迫下,小白菜种子的株高和根长被抑制,与对照相比差异显著,鲜重和干重在CTC处理下受到抑制,而ECTC
却表现为促进作用。本试验中株高和根长较其他指标对CTC和ECTC生态毒性敏感,尤其是对根长的抑制是
701第20卷第5期 草业学报2011年
反映CTC等抗生素很好的生态毒性指示指标,该指标同样适用于其代谢物,这与鲍艳宇等[12]和金彩霞等[14]对小
麦(犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿)和白菜(犅狉犪狊狊犻犮犪狆犲犽犻狀犲狀狊犻狊)生态毒性抑制试验结果根长较其他指标更适宜土壤抗生素
毒性试验类似。
植物在正常代谢中会产生O2-·、H2O2 和·OH等活性氧。活性氧的毒害作用,通常在逆境胁迫下,植物活
性氧产生和清除系统间的平衡被打破,从而引起膜的伤害。SOD的功能是将超氧阴离子自由基 O2-·歧化为
H2O2,POD和CAT能够进一步把H2O2 降解成无毒的 H2O和O2,从而防止活性氧引起的膜质过氧化及其他
伤害。因此,SOD、POD和CAT活性的升降,反映了植物在逆境因子作用下,通过自身防御机制对环境胁迫做
出保护性应激反应[28,29]。本研究结果显示,3种抗氧化酶活性随着抗生素处理浓度的改变而改变。小白菜幼苗
体内SOD活性在低浓度CTC和ECTC胁迫下活性增加,随着处理浓度的增加SOD活性呈先降低而后增加;
POD活性在CTC胁迫下随着处理浓度的增加活性升高,而ECTC处理组POD活性却逐渐降低;CTC和ECTC
对小白菜体内CAT活性的影响趋势与POD基本相同,同时也阐明了氧化胁迫所造成的有害影响及差异。
一般植物对抗生素的吸收大部分积累在根中,只有很少量部分转运到地上部[30,31],本试验虽未对小白菜根
部抗生素含量进行测定,但从已有文献看,四环素类药物在根部的含量远远高于茎和叶[31]。CTC之所以主要集
中在根部,可能是CTC进入根的皮层细胞后,与细胞内的蛋白质、核酸或二/三价离子等化合,形成稳定的分子络
合物而沉积[3234]。根部沉积的CTC、ECTC将破坏小白菜对养分的吸收,影响植物的正常生长,表2中部分指标
也充分反映了这一点,并且浓度越高影响越大。ECTC是植物吸收CTC后在体内因素参与下发生代谢生成的产
物之一[35],体现在没有经过ECTC处理的小白菜组发现了ECTC的存在,然而CTC向ECTC转化在一定条件
下是可逆的[34],在仅有ECTC处理的小白菜地上部分也检测到了母体药物的存在。
综上所述,从小白菜种子的发芽势、发芽率、根伸长、株高、鲜重和干重等直观指标看,CTC胁迫造成的抑制
作用要大于ECTC,然而小白菜中抗氧化酶活性对CTC和ECTC胁迫的表达差异却表明,ECTC比CTC更易引
起小白菜抗氧化酶系统损伤,考虑到小白菜地上部分积累CTC的量高于ECTC,说明对非靶标植物,ECTC在分
子水平毒副作用增强,其运转机制和作用机理还需要进一步研究和探讨。
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犈犳犳犲犮狋狊狅犳犮犺犾狅狉狋犲狋狉犪犮狔犮犾犻狀犲犪狀犱4犲狆犻犮犺犾狅狉狋犲狋狉犪犮狔犮犾犻狀犲狊狋狉犲狊狊狅狀狊犲犲犱犾犻狀犵犵狉狅狑狋犺,犪狀狋犻狅狓犻犱犪狀狋
犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犪狀犱犪犮犮狌犿狌犾犪狋犻狅狀犻狀狆犪犽犮犺狅犻
WEIRuicheng1,PEIYan2,ZHENGXiaoli3,ZHUXubo3,CHENMing1,WANGRan1
(1.JiangsuProvincialKeyLaboratoryofAnimalDerivedFoodSafety,KeyOpenLaboratoryofEdible
AgriculturalProductsSafeMonitoringandControl,MinistryofAgriculture,KeyLabofFoodQuality
andSafetyofJiangsuProvince,Nanjing210014,China;2.ColegeofAnimalScienceand
Technology,YangzhouUniversity,Yangzhou225009,China;3.Colegeof
PlantProtection,YangzhouUniversity,Yangzhou225009,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Theeffectsofdifferentconcentrationsofchlortetracycline(CTC)and4epichlortetracycline(ECTC)
(1,10,30mg/L)onseedgermination,growth,antioxidantenzymesystems,CTCandECTCaccumulationin
pakchoi(犅狉犪狊狊犻犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊ssp.犮犺犻狀犲狀狊犻狊)seedlingswereinvestigatedusingawaterculturemethod.There
sultsindicatedthatrootelongationcouldberecommendedasasensitivityindicatortoassessecotoxicityofCTC
andECTCcomparedwithothertargets.TheactivitiesofSOD,PODandCATofpakchoiwereenhancedwith
increasingCTCconcentrationandtheactivitiesofPODandCATwerealwayshigherthanthatofthecontrol
group.Underthesameconditions,theSOD,PODandCATactivitieswereenhancedatalowconcentrationof
ECTCbutthelattertwowereinhibitedathighECTCconcentration.CTCandECTCcanaccumulateinpak
choi.WhentheconcentrationofCTCandECTCwasincreased,thecontentsofCTCandECTCaccumulatedin
seedlingsincreased.TheexperimentsrevealedthattheabilitiesofpakchoitoaccumulateCTCwerestronger
thanforECTCandthestresswascorrespondinglygreater.
犓犲狔狑狅狉犱狊:chlortetracycline;4epichlortetracycline;pakchoi(犅狉犪狊狊犻犮犪犮犪犿狆犲狊狋狉犻狊);antioxidantenzymesys
tem;accumulation
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