科学出版社

2020-11-16

导读：随着我国畜牧业生产向集约化和现代化不断发展，兽用抗生素作为治疗用药和饲料添加剂，在动物疾病预防与治疗、降低动物发病率与死亡率以及提高饲料利用率，促进动物生长和改善动物产品质量等方面均起到了非常重要的作

近年来，我国畜牧业发展迅速，逐渐成了世界畜牧业大国。随着我国畜牧业生产向集约化和现代化不断发展，兽用抗生素(veterinary antibiotics, VAs)作为治疗用药和饲料添加剂，在动物疾病预防与治疗、降低动物发病率与死亡率以及提高饲料利用率，促进动物生长和改善动物产品质量等方面均起到了非常重要的作用。畜禽粪便中抗生素残留主要来源于未被动物吸收和代谢的部分。我国主要兽用抗生素在畜禽粪便中的残留浓度遵循的规律为：四环素类＞氟喹诺酮类＞磺胺类＞大环内酯类。土壤和水体环境通过施用含抗生素粪肥或灌溉含抗生素污水等途径受到抗生素污染并成为抗生素纳污库。同时，抗生素持续不断的输入使其在自然环境中形成一种“假”持久性现象。

环境中兽用抗生素的主要来源及可能的转归途径

1

农业环境中抗生素残留检测方法

随着人们对食品安全和环境问题的重视，环境和食品中抗生素残留的危害性逐渐受到公众的关注，对多介质中抗生素残留检测和去除的探究也日益增多。抗生素因其化学结构不同而具有不同的特性。因此，不同种类的抗生素较难实现同时分析。我们以常用典型抗生素为研究对象，建立了畜禽粪便、土壤、水体、植物等不同环境介质中多种抗生素同时检测的方法，包括样品的前处理、萃取条件以及色谱测试条件等，以期为环境中抗生素的残留检测与风险评价提供方法支撑。例如，我们建立了畜禽粪便中5大类共计11种抗生素残留同时检测的固相萃取-高效液相色谱方法，样品经前处理后，进行HPLC检测。样品中目标物加标回收率介于62.7%~99.2%。11种抗生素的检出限为 0.1~1.9 μg/kg，定量限为 0.3~5.9 μg/kg，本方法耗时短、经济投入低，实用性更高。

畜禽粪便中抗生素提取流程图

2

土霉素在土壤中的吸附-解吸

土霉素（Oxytetracycline）等四环素类抗生素是应用最广泛、使用量最大的一类抗生素，研究土壤环境中土霉素的吸附行为对于评估其土壤环境生态风险具有十分重要的意义。Freundlich 模型和Langmuir 模型方程可以较好地拟合土壤对土霉素的等温吸附曲线。土壤的粒径、溶液pH值、土壤有机质和铁铝氧化物是影响土霉素吸附的重要因素。在有机质含量少的土壤中施用有机肥，有助于土壤对土霉素的吸附，长期施用氮、磷肥可以增强土壤对土霉素的吸附强度。土壤对土霉素的吸附、解吸是一个复杂的过程，受到多种因素的共同影响，在吸附过程中这些因素彼此影响，要揭示土霉素在土壤中的吸附机制，仍需要大量的试验研究，不应该直接把以前的研究结果直接用于实际推测土霉素在环境中的归趋，因为气候变化不断地影响着土壤性质，对于特定的污染物预测研究需进行一定的校准试验。

土霉素分子结构及在不同pH值条件下的带电荷情况

3

土霉素在土壤中降解的微生态学机制

土壤中抗生素降解主要过程有氧化作用、还原作用和水解作用等，主要受土壤温度以及自然因素如降雨、土壤湿度和土壤其他理化性质影响。抗生素在土壤中的降解行为在一定程度上决定其在土壤环境中的生态风险。土壤温度为25℃，含水量为100%，非灭菌处理和外源溶解性有机物质存在条件下，土霉素降解的速率最快，半衰期最短；不同环境条件下，土霉素对土壤中微生物生物量碳、氮以及SIR含量的影响与土壤类型有关。

温度对土霉素存在下红壤中微生物生物量碳（a）、氮（b）以及

SIR（c）的影响（土霉素的初始浓度为200 mg/kg）

4

典型兽用抗生素的土壤微生态效应

土壤酶学、土壤微生物生物量等是指示有机污染物土壤微生态效应的主要指标。土霉素土壤残留对小麦根际土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和脱氢酶活性均有影响，其影响分别是直接影响、间接影响或者土霉素在土壤降解过程中产生的次级产物引起的影响。土霉素对土壤微生物的生长具有抑制作用且能够增加土壤微生物生物量碳氮比，说明土霉素能够影响土壤微生物区系组成，在一定程度上改变了土壤微生物种群的结构。

土霉素对潮土蔗糖酶活性的影响

5

植物对典型抗生素的吸收及响应

抗生素可通过植物根系吸收进入植物体内。种植菠菜和小白菜的过程中，土壤中的抗生素均可被有效去除，添加了特异抗生素功能性降解菌后可不同程度地提高抗生素的去除效率。金霉素（Chlorotetracycline，CTC）、磺胺甲噁唑（Sulfamethoxazole，SMZ）和磺胺噻唑（Sulfathiazole，ST）在玉米根尖（0.5~10 mm）不同区域的富集分布取决于抗生素的理化性质，CTC和SMZ更易于在0.5~2.0 mm区域（细胞分裂区）富集，而ST易于分布于6.0~8.0 mm区域（伸长区）。玉米对三种抗生素的吸收存在一定的竞争和协同关系（SMZ和ST竞争，CTC与其他两种抗生素协同）。此外，玉米对抗生素的吸收过程为耗能的主动吸收，且对抗生素的转运能力与玉米根刺中水通道蛋白的活性相关。

抗生素在玉米根尖（0.5~10 mm）的富集图谱

6

典型抗生素对植物的影响及其机制

在土壤中，土霉素会被植物所吸收，影响植物正常的生长，最终进入食物链，影响其他动物和人类的健康。土霉素对植物根系的生长具有显著的抑制作用，但抑制作用强度对于耐性和敏感小麦品种是不同的，同时对不同直径根的影响也不同。与核优1号（小麦品种）相比，烟农21号（小麦品种）对土霉素具有更强的耐性，因此烟农21号细胞质中过氧化反应低，MDA含量低，其膜系统遭受的损伤也较小，细胞膜透性小。通过比较两个品种在不同处理中抗氧化酶防御系统和抗氧化剂含量的变化，可以看出SOD、POD和ASA在小麦对土霉素的耐性中起着至关重要的作用。

土霉素对核优1号幼苗叶绿体超微结构的影响

（a） (×10,000)，（b） (×8,000)：对照，（c）(×10,000)，（d）(×8,000)：OTC处理

7

典型抗生素在水体环境中的降解及水生生物敏感性

物种敏感性分布法（SSD）用于生态风险评价的运用是在一定外界污染物的浓度下，得到生物群落中受到污染物影响的比例，或者是在一个物种中受到污染物影响的比率。有累积概率分布函数BurrⅢ对毒性数据拟合所得敏感性曲线可知，水生生物中鱼类处于敏感性曲线的上段，表示鱼类对土霉素的敏感性较小，无脊椎动物水蚤类处于曲线的中段，表示水蚤等对土霉素的敏感性中等，水藻处于曲线的最低端表示水藻对土霉素的敏感性最高，最容易受到影响。

土霉素水生生物EC50敏感性曲线

传统概念中“所谓溶解态”（< 0.45 µm或者0.22 µm）实质上由部分“胶体态”颗粒（1 µm~1 nm）和“真溶态”（< 1nm）两部分组成。天然胶体颗粒（NCPs）普遍存在于各种水体且以108数量级计量，即天然水体中大量可溶性物质实质上是以“胶体态”颗粒存在而非真正溶解的“真溶态”。NCPs是由无机或有机组分构成的复合体系，开展天然水体中NCPs的抗生素光化学研究具有重要意义。不同粒径的NCPs对光敏化抗生素降解有明显不同的效果。在NCPs的影响下，氧氟沙星（OFL）和恩诺沙星（ENR）同时进行了直接和间接光解。一方面，光屏蔽抑制了OFL和ENR在NCPs溶液中的直接光解，特别是较大粒径NCPs，小粒径NCPs内滤效应更强。另一方面，OFL和ENR的光解反应也经历了不同粒径NCPs光敏作用下的间接光解，这与由³COM^*介导的主要光解途径一致。

不同尺寸NCPs（F1~F4）分离的程序

《典型兽用抗生素自然环境行为及生态毒理效应》

李兆君成登苗冯瑶等著

ISBN 978-7-03-066326-9

内容简介

本书基于作者近年来兽用抗生素环境行为的研究成果编纂而成，主要介绍了环境体系(包括农田土壤及自然水体)中典型兽用抗生素吸附-解吸、迁移转化规律、生态毒理效应以及抗生素检测方法等。主要内容包括：农业环境介质中典型兽用抗生素残留检测方法开发及应用，土壤中典型兽用抗生素吸附-解吸规律、降解及生态效应机制，典型抗生素在植物体内的吸收转运及对植物的影响，典型抗生素在水体环境中的降解及水生生物敏感性等。

本书目录

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目录
前言
第一篇典型兽用抗生素农业环境残留概况及检测方法
第1章典型兽用抗生素农业环境残留概况及风险表征 3
1.1 兽用抗生素简介 3
1.2 兽用抗生素在畜禽粪便及自然环境中的赋存 4
1.2.1 畜禽粪便中抗生素残留概况 4
1.2.2 土壤环境中抗生素残留概况 7
1.2.3 水体环境中抗生素残留概况 8
1.3 典型兽用抗生素生态环境风险 8
1.3.1 典型兽用抗生素对土壤微生物及活性的影响 9
1.3.2 典型兽用抗生素对水生生物的影响 10
1.3.3 典型兽用抗生素对植物的影响 11
参考文献 11
第2章农业环境中抗生素残留检测方法 15
2.1 畜禽粪便及土壤中抗生素残留的检测方法 15
2.1.1 样品采集与前处理 16
2.1.2 粪便样品萃取条件及方法优化 21
2.1.3 抗生素检测高效液相色谱技术 24
2.1.4 粪便样品中抗生素残留测定 26
2.2 水环境中抗生素残留的检测方法 28
2.2.1 样品前处理 28
2.2.2 抗生素检测 30
2.2.3 水体样品中抗生素残留测定 33
2.3 植物中抗生素残留的检测方法 37
2.3.1 样品采集与前处理 37
2.3.2 蔬菜样品萃取条件及方法优化 38
2.3.3 抗生素检测高效液相色谱 -质谱联用技术 40
2.3.4 蔬菜样品中抗生素残留测定 46
参考文献 47
第二篇抗生素在农业环境中的迁移转化及微生态效应
第3章土霉素在土壤中的吸附-解吸 51
3.1 土壤粒度和溶液初始pH对土霉素吸附-解吸的影响 52
3.1.1 试验设计与研究方法 52
3.1.2 吸附动力学 54
3.1.3 土壤粒径对土霉素等温吸附的影响 57
3.1.4 初始pH对土霉素等温吸附-解吸的影响 59
3.2 土壤有机质和去铁铝氧化物处理对土霉素吸附-解吸的影响 63
3.2.1 试验设计与研究方法 63
3.2.2 有机质对土霉素的吸附影响 64
3.3 长期定位施肥对土霉素吸附-解吸的影响 67
3.3.1 试验设计与研究方法 67
3.3.2 长期施肥对土壤理化性质的影响 68
3.3.3 不同施肥处理对土霉素吸附-解吸影响 68
3.4小结及展望 72
参考文献 73
第4章土霉素在土壤中降解的微生态学机制 75
4.1 土壤中土霉素微生物降解 75
4.1.1 温度对土壤中土霉素微生物降解的影响 75
4.1.2 水分对土壤中土霉素微生物降解的影响 80
4.1.3 外源溶解性有机质对土壤中土霉素微生物降解的影响 84
4.2 土壤中土霉素降解的微生态学机制 97
4.2.1 试验设计及研究方法 97
4.2.2 土壤中土霉素降解微生态特征及机制 97
4.3 小结及展望 107
参考文献 108
第5章典型兽用抗生素的土壤微生态效应 109
5.1 土霉素对土壤酶活性的影响 109
5.1.1 试验设计及研究方法 109
5.1.2 土霉素对土壤脲酶活性的影响 109
5.1.3 土霉素对土壤磷酸酶活性的影响 111
5.1.4 土霉素对土壤过氧化氢酶活性的影响 113
5.1.5 土霉素对土壤蔗糖酶活性的影响 114
5.1.6 土霉素对土壤脱氢酶活性的影响 115
5.1.7 小结 117
5.2 土霉素对土壤微生物生物量(C、N)的影响 117
5.2.1 试验设计及研究方法 117
5.2.2 土霉素对微生物生物量碳的影响 117
5.2.3 土霉素对微生物生物量氮的影响 119
5.2.4 土霉素对微生物生物量碳/氮的影响 120
5.2.5 小结 121
5.3 土霉素在小麦根土界面的微生态效应 122
5.3.1 土霉素对小麦根际土壤酶活性的影响 122
5.3.2 土霉素对小麦根际微生物生物量的影响 130
5.3.3 土霉素对小麦根土界面微生物功能多样性的影响 136
参考文献 151
第6章植物对典型抗生素的吸收及响应 152
6.1 典型抗生素在土壤-蔬菜系统中的迁移规律 152
6.1.1 典型抗生素在土壤/水溶液-菠菜系统中的迁移规律 152
6.1.2 典型抗生素在土壤-小白菜系统中的迁移规律 158
6.2 典型抗生素玉米的吸收转运及其机制 162
6.2.1 典型抗生素玉米吸收及其分布情况 162
6.2.2 典型抗生素的玉米吸收转运机制 172
参考文献 176
第7章典型抗生素对植物的影响及其机制 179
7.1 土霉素对小麦的毒性分析 179
7.1.1 不同小麦品种对土霉素胁迫的响应 179
7.1.2 土霉素对小麦根生长及形态指标的影响 182
7.2 土霉素影响小麦生长的相关机理 193
7.2.1 土霉素对小麦根部抗氧化系统的影响 193
7.2.2 土霉素胁迫对小麦叶片光合作用的影响 201
7.2.3 土霉素胁迫对小麦幼苗叶绿体超微结构的影响 213
7.2.4 土霉素胁迫对小麦幼苗叶片抗氧化系统和膜脂过氧化的影响 216
参考文献 221
第8章典型抗生素在水体环境中的降解及水生生物敏感性 222
8.1 土霉素对水体环境中生物毒性分析 222
8.1.1 土霉素对水生生物敏感性分析数据选取 223
8.1.2 土霉素对水生生物敏感性SSD曲线的拟合 224
8.1.3 水体中土霉素的含量以及土霉素生态风险评价 226
8.2 淡水湖天然胶体颗粒对氧氟沙星和恩诺沙星光化学反应的影响 227
8.2.1 OFL和ENR反应动力学 228
8.2.2 OFL和ENR反应类型 235
8.2.3 抗生素的光化学特性与天然胶体颗粒性质之间的关系 236
参考文献 238