土壤中土霉素對(duì)12種農(nóng)作物幼苗毒性閾值研究

徐秋桐　鮑陳燕　章明奎

摘 要：以幼苗根系伸展為指標(biāo)，通過土培試驗(yàn)研究了土霉素對(duì)常見的12種農(nóng)作物幼苗的毒害作用。結(jié)果表明，不同農(nóng)作物受土壤中土霉素危害的閾值有較大的差異，12種作物受土壤中土霉素危害的閾值由高至低依次為：玉米>水稻>南瓜>小麥>苜蓿>西紅柿>黃瓜>蘿卜>萵苣>胡蘿卜>小白菜>油菜；表現(xiàn)出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對(duì)易受土壤中土霉素污染的危害。考慮到目前抗生素污染土壤中土霉素的殘留水平一般低于10mg/kg，推斷在前農(nóng)地土壤中土霉素污染水平下，其對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)直接危害相對(duì)較小，而進(jìn)入作物可食部分的土霉素對(duì)人類健康的危害可能更為嚴(yán)重。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物；土霉素；生長(zhǎng)抑制；閾值

中圖分類號(hào) X826；X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）09-16-03

抗生素應(yīng)用對(duì)農(nóng)作物影響的研究最早始于抗生素發(fā)現(xiàn)的初期[1]。我國(guó)在20世紀(jì)50年代開始研發(fā)抗生素時(shí)，曾從醫(yī)用抗生素中篩選出農(nóng)用抗生素用于農(nóng)作物病害的防治，但應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)許多抗生素對(duì)農(nóng)作物有藥害，農(nóng)產(chǎn)品中存在可檢量的抗生素殘留，對(duì)人類健康有害，因而停止使用[1]。目前，使用于農(nóng)作物的抗生素為植物專用抗生素（如井岡霉素、內(nèi)療素、多效霉素、殺蚜素等），具備高度選擇性的毒性并易為土壤微生物分解或光解，在糧食、果蔬中的殘毒較小，對(duì)環(huán)境不易產(chǎn)生污染，并在防治農(nóng)作物病原菌和組培與育種研究中起到了重要的作用[2-4]。但近年來，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，環(huán)境中殘留的抗生素（主要為獸用或醫(yī)用抗生素通過糞肥施用進(jìn)入農(nóng)田）對(duì)農(nóng)作物的毒理重新引起重視。農(nóng)用抗生素防治的對(duì)象主要為真菌性病害（占90%以上），而醫(yī)用或獸用抗生素大都是用來防治細(xì)菌性病害，因此，土壤環(huán)境中的醫(yī)用或獸用抗生素殘留可能會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不同于農(nóng)用抗生素的影響。已有研究表明，土壤中的多數(shù)獸用抗生素極易向植物體內(nèi)富集，并可對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響[5-11]，但植物對(duì)獸用抗生素的吸收、富集及抗生素對(duì)植物的影響因抗生素、植物和土壤類型不同而有很大差異[5，12]。初步的研究表明，獸用抗生素可能會(huì)影響植物的根系發(fā)育、地上部分的生長(zhǎng)及抑制葉綠體合酶的活性[5-10]。近年來的研究表明，根部是農(nóng)作物積累獸用抗生素的主要場(chǎng)所[8，11]，作物幼苗根系的伸展對(duì)環(huán)境中獸用抗生素最為敏感[5，8，12，13]。近年來，有關(guān)殘留在環(huán)境中的獸用抗生素對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響已引起人們的關(guān)注，但多數(shù)研究主要基于溶液培養(yǎng)試驗(yàn)，缺少土壤環(huán)境下的抗生素毒理試驗(yàn)。為此，本研究以幼苗根系伸展為指標(biāo)，評(píng)估有代表性的獸用抗生素土霉素對(duì)常見的12種農(nóng)作物幼苗的毒害作用。

1 材料與方法

1.1 供試土壤 供試土壤類型為灰潮土，發(fā)育于河流沖積物，采自浙江省富陽市，采樣深度為0～15cm，質(zhì)地為粉壤土。土壤理化性狀如下：有機(jī)碳含量為9.23g/kg，pH為5.67，粘粒含量為65g/kg，有效P為7.89mg/kg，有效K為56mg/kg。檢測(cè)表明，試驗(yàn)前土壤無土霉素檢出。土樣在試驗(yàn)前經(jīng)風(fēng)干、混勻、過5mm土篩。

1.2 試驗(yàn)種子及預(yù)處理 供試作物種子共12種，包括小白菜、蘿卜、西紅柿、胡蘿卜、萵苣、苜蓿、黃瓜、油菜、南瓜、小麥、水稻和玉米等作物的種子。試驗(yàn)前種子用0.3%雙氧水消毒12h，然后用去離子沖洗3次，之后在40℃的溫水中浸泡2h至水涼，重復(fù)浸泡2次。浸泡后的種子轉(zhuǎn)移至消毒處理的濕紗布中，在培養(yǎng)箱中（20～25℃）培養(yǎng)至種子露白待用。

1.3 供試抗生素 供試抗生素為土霉素，屬于四環(huán)素類抗生素，該類抗生素在我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用較為廣泛。

1.4 試驗(yàn)方法 采用保濕培養(yǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，在潔凈烘干的直徑12.5cm培養(yǎng)皿中平鋪一層濾紙，加入0.5cm厚、過5mm土篩的土壤（每皿約80g），加入13mL含一定含量土霉素的去離子水（預(yù)備試驗(yàn)表明，加入13mL去離子使土壤含水量比較適宜種子萌發(fā)），使土壤土霉素濃度分別為0，1，5，10，25，50，100mg/kg（文獻(xiàn)上報(bào)道的土壤土霉素污染水平基本上都在50mg/kg以下）。平衡2h后，用鑷子將預(yù)處理后的種子均勻放入培養(yǎng)皿中，保持種子胚根末端與生長(zhǎng)方向呈垂直，每皿放置25～30粒種子（視種子大小而異）。每個(gè)處理重復(fù)4次。蓋好培養(yǎng)皿，將其放置在25℃培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，期間必要時(shí)添加去離子水，保持土壤濕潤(rùn)。培養(yǎng)12d后，觀察根長(zhǎng)（根與芽接點(diǎn)處至最長(zhǎng)根尖的距離）。

1.5 數(shù)據(jù)處理 為了便于相互比較，幼苗的根長(zhǎng)的觀察數(shù)據(jù)統(tǒng)一換算為相對(duì)于對(duì)照的比例（即以無抗生素污染土壤為100%計(jì)算），并根據(jù)相對(duì)根長(zhǎng)與土壤土霉素污染濃度的關(guān)系用邏輯斯蒂克分布模型（Log-logistic distribution）進(jìn)行擬合[14]，估算根長(zhǎng)10%、25%和50%抑制時(shí)的抗生素臨界濃度（IC10、IC25和IC50）。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤中土霉素污染與作物幼苗根系伸展的關(guān)系 由圖1可知，隨著土壤中土霉素污染濃度的增加，作物幼苗根系相對(duì)長(zhǎng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)土壤中土霉素濃度低于5mg/kg時(shí)，所有供試的12種作物幼苗根系相對(duì)長(zhǎng)度與對(duì)照均無明顯的差異；當(dāng)土壤中土霉素污染濃度超過10mg/kg時(shí)，土壤抗生素污染對(duì)根伸展的影響漸趨明顯，但不同作物對(duì)土壤中土霉素劑量的反應(yīng)有較大的差異，其中，油菜、小白菜、胡蘿卜和萵苣對(duì)土壤中土霉素污染較為敏感；當(dāng)土壤中土霉素濃度超過25mg/kg時(shí)，上述4種作物的相對(duì)根長(zhǎng)隨土壤中土霉素污染濃度的提高呈現(xiàn)顯著的下降，而玉米、水稻、南瓜和小麥對(duì)土壤中土霉素污染相對(duì)不敏感，它們的相對(duì)根長(zhǎng)隨土壤中土霉素污染濃度的提高下降幅度較小。

2.2 土壤中土霉素對(duì)不同作物幼苗毒性閾值的差異性 表1為根據(jù)作物幼苗相對(duì)生長(zhǎng)與土壤中土霉素污染濃度的關(guān)系估算的作物幼苗根長(zhǎng)10%、25%和50%抑制時(shí)的土霉素臨界濃度（IC10、IC25和IC50）。由表1可知，土壤中土霉素對(duì)不同作物的毒性有較大的差異，當(dāng)作物幼苗根系伸展受到10%抑制時(shí)，相應(yīng)的土壤中土霉素濃度在6.8～90.2mg/kg，最高的玉米為最低的油菜的13.3倍，12種作物的IC10值由高至低依次為：玉米>水稻>南瓜>小麥>苜蓿>西紅柿>黃瓜>蘿卜>萵苣>胡蘿卜>小白菜>油菜；當(dāng)作物幼苗根系伸展受到25%抑制時(shí)，玉米、小麥、水稻的相應(yīng)土霉素濃度已達(dá)100mg/kg以上，其它9種作物的相應(yīng)的土壤中土霉素濃度在17.3～92.0mg/kg，南瓜的IC25為油菜的5.3倍，12種作物的IC25值由高至低依次為：玉米、水稻、小麥>南瓜>苜蓿>西紅柿>黃瓜>蘿卜>萵苣>胡蘿卜>小白菜>油菜，與IC10值的變化趨勢(shì)基本一致；當(dāng)作物幼苗根系伸展受到50%抑制時(shí)，多數(shù)作物（包括玉米、水稻、小麥、南瓜、苜蓿、西紅柿、黃瓜和蘿卜）相應(yīng)土霉素濃度都達(dá)100mg/kg以上，只有萵苣、胡蘿卜、小白菜和油菜的IC50值低于100mg/kg，這4種作物的IC50值由高至低分別為萵苣（99.8mg/kg）>小白菜（86.0mg/kg）>胡蘿卜（78.2mg/kg）>油菜（76.2mg/kg）。

3 結(jié)論與討論

結(jié)果表明，12種作物受土壤中土霉素危害的閾值由高至低依次為：玉米>水稻>南瓜>小麥>苜蓿>西紅柿>黃瓜>蘿卜>萵苣>胡蘿卜>小白菜>油菜；表現(xiàn)出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對(duì)易受土壤中土霉素污染的危害。

有關(guān)獸用抗生素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響機(jī)理較為復(fù)雜，至今還沒有開展系統(tǒng)的研究，但有一些初步的研究發(fā)現(xiàn)，抗生素可降低作物生長(zhǎng)所需的葉酸合成、原生質(zhì)的形成，影響過氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等酶的表達(dá)及降低葉綠素含量而影響植物的光合作用[13，15]。據(jù)調(diào)查，土壤中抗生素殘留雖然可在在μg·kg-1級(jí)至g·kg-1級(jí)之間變化[16-18]，但對(duì)于絕大多數(shù)的農(nóng)業(yè)土壤，土霉素的殘留量一般都在10mg/kg以下[16-18]。比較本研究的作物的IC10所對(duì)應(yīng)的土霉素污染濃度，可以認(rèn)為，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不會(huì)構(gòu)成對(duì)作物幼苗生長(zhǎng)的嚴(yán)重影響。但土壤中的抗生素也可以通過植物的吸收、富集[6-7]，在植物的不同部位傳輸，最終通過作物的可食部分進(jìn)入人體，對(duì)人類的健康產(chǎn)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)[16-17]，特別是產(chǎn)生抗藥性[19]。人類攝取植物中的抗生素后可能導(dǎo)致病菌對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性，從而增加現(xiàn)有的抗生素治療疾病的難度。因此，相對(duì)于對(duì)作物生長(zhǎng)的直接影響，抗生素積累在作物的可食部位對(duì)人類的危害可能會(huì)更為嚴(yán)重。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：張宏民）

3 結(jié)論與討論

結(jié)果表明，12種作物受土壤中土霉素危害的閾值由高至低依次為：玉米>水稻>南瓜>小麥>苜蓿>西紅柿>黃瓜>蘿卜>萵苣>胡蘿卜>小白菜>油菜；表現(xiàn)出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對(duì)易受土壤中土霉素污染的危害。

有關(guān)獸用抗生素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響機(jī)理較為復(fù)雜，至今還沒有開展系統(tǒng)的研究，但有一些初步的研究發(fā)現(xiàn)，抗生素可降低作物生長(zhǎng)所需的葉酸合成、原生質(zhì)的形成，影響過氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等酶的表達(dá)及降低葉綠素含量而影響植物的光合作用[13，15]。據(jù)調(diào)查，土壤中抗生素殘留雖然可在在μg·kg-1級(jí)至g·kg-1級(jí)之間變化[16-18]，但對(duì)于絕大多數(shù)的農(nóng)業(yè)土壤，土霉素的殘留量一般都在10mg/kg以下[16-18]。比較本研究的作物的IC10所對(duì)應(yīng)的土霉素污染濃度，可以認(rèn)為，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不會(huì)構(gòu)成對(duì)作物幼苗生長(zhǎng)的嚴(yán)重影響。但土壤中的抗生素也可以通過植物的吸收、富集[6-7]，在植物的不同部位傳輸，最終通過作物的可食部分進(jìn)入人體，對(duì)人類的健康產(chǎn)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)[16-17]，特別是產(chǎn)生抗藥性[19]。人類攝取植物中的抗生素后可能導(dǎo)致病菌對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性，從而增加現(xiàn)有的抗生素治療疾病的難度。因此，相對(duì)于對(duì)作物生長(zhǎng)的直接影響，抗生素積累在作物的可食部位對(duì)人類的危害可能會(huì)更為嚴(yán)重。

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（責(zé)編：張宏民）

3 結(jié)論與討論

結(jié)果表明，12種作物受土壤中土霉素危害的閾值由高至低依次為：玉米>水稻>南瓜>小麥>苜蓿>西紅柿>黃瓜>蘿卜>萵苣>胡蘿卜>小白菜>油菜；表現(xiàn)出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對(duì)易受土壤中土霉素污染的危害。

有關(guān)獸用抗生素對(duì)植物生長(zhǎng)的影響機(jī)理較為復(fù)雜，至今還沒有開展系統(tǒng)的研究，但有一些初步的研究發(fā)現(xiàn)，抗生素可降低作物生長(zhǎng)所需的葉酸合成、原生質(zhì)的形成，影響過氧化物酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶等酶的表達(dá)及降低葉綠素含量而影響植物的光合作用[13，15]。據(jù)調(diào)查，土壤中抗生素殘留雖然可在在μg·kg-1級(jí)至g·kg-1級(jí)之間變化[16-18]，但對(duì)于絕大多數(shù)的農(nóng)業(yè)土壤，土霉素的殘留量一般都在10mg/kg以下[16-18]。比較本研究的作物的IC10所對(duì)應(yīng)的土霉素污染濃度，可以認(rèn)為，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不會(huì)構(gòu)成對(duì)作物幼苗生長(zhǎng)的嚴(yán)重影響。但土壤中的抗生素也可以通過植物的吸收、富集[6-7]，在植物的不同部位傳輸，最終通過作物的可食部分進(jìn)入人體，對(duì)人類的健康產(chǎn)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)[16-17]，特別是產(chǎn)生抗藥性[19]。人類攝取植物中的抗生素后可能導(dǎo)致病菌對(duì)抗生素產(chǎn)生抗藥性，從而增加現(xiàn)有的抗生素治療疾病的難度。因此，相對(duì)于對(duì)作物生長(zhǎng)的直接影響，抗生素積累在作物的可食部位對(duì)人類的危害可能會(huì)更為嚴(yán)重。

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（責(zé)編：張宏民）