强力霉素处理对上海青生长及生理代谢的影响

卞贝贝， 李 影， 俞 茜， 彭珊珊

(安徽师范大学 生命科学学院,安徽省重要生物资源保护与利用重点实验室,安徽 芜湖 241000)

引 言

抗生素因具有促进生长和治疗疾病的双重功效而被广泛应用于农牧业生产。近年来，在规模化禽畜养殖的饲料中常常添加了抗生素，尤其对经济利益的过分追求和对抗生素的盲目依赖，使得抗生素的使用量不断提高甚至以不合理的高剂量和高频率使用[1-3]。这些饲料添加剂在提高养殖效率和效益的同时，也可直接随粪便或者排泄物排出，并通过污灌、粪肥施加等途径而最终导致土壤抗生素污染日益严重[4,5]。

研究表明，强力霉素、土霉素和金霉素等四环素类抗生素，因为具有价廉质优、广谱抗菌等特点，在畜禽生产和渔业生产中被大量应用[5,6]。长期施用粪肥的农田土壤中四环素类抗生素残留十分普遍，在土壤中的积累浓度较高[5]。其中强力霉素(Doxycycline，Doxy，又名多西环素)，是半合成的四环素类抗菌药，广泛用于治疗鱼类由弧菌、嗜水气单胞菌、爱德华氏菌等菌种引起的细菌性疾病。在水体和底泥中常有大量的残留，造成了水体严重的污染[7]。

蔬菜是我国居民的重要食品。当前，我国蔬菜种植的主要方式还是土培，并经常施用禽畜粪便、鱼塘污泥等“有机肥”，污灌现象比较普遍，这就使得蔬菜受到抗生素影响的概率较大。目前大量研究发现，四环素类抗生素对植物生长具有显著的毒性效应[8,9]，抗生素对植物的毒理效应及潜在生态风险，与抗生素的结构、植物种类和生长环境等众多因素有关，而有关强力霉素对植物生长生理的毒性研究相对较少，开展此类研究十分必要。基于此，本研究以在我国华东地区常见的蔬菜上海青(BrassicachinensisL.)为实验对象，研究不同浓度的强力霉素对上海青生长及生理代谢的影响，为科学安全种植蔬菜提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤、植物及试剂

园田土壤和营养土以3:1(m/m)混合，该混合土壤作为实验栽培用土。其中园田土壤采自于安徽师范大学赭山校区后山未受抗生素污染的土壤，营养土购买于江苏省南京市标优美生态工程股份有限公司。供试土壤的基本理化性质分别为：有机质含量为2.5g·kg-1；碱解氮含量为0.63g·kg-1；pH含量为7.24。

上海青种子(华禾)购于安徽省华禾种业有限公司，强力霉素(Doxycycline，Doxy)原药(分析纯,大于98%)购于安徽省天根生化科技有限公司。

1.2 实验组处理

处理组一次性添加不同质量分数的强力霉素溶液，以不添加强力霉素的实验组作为对照。强力霉素浓度分别为0、5、10、20mg·kg-1，分别标记为0、D5、D10、D20。各处理均设3个重复，稳定一周后，每盆播种相同数量的上海青种子(100粒)，栽培期间保持土壤含水量达田间最大持水量的60%-70%，温室培养2个月，取地上部分叶片待测。

1.3 指标测定

1.3.1 植物生长指标的测定 从每盆上海青中随机采10株样品，用自来水冲洗干净后，再用蒸馏水反复漂洗，滤纸擦干，用直尺测量地上部的长度为株高，地下部长度(从根尾到根茎结合处)为根长。于分析天平上测量单株鲜重后，用实验剪刀剪去根部，再于分析天平中测量单株地上鲜重和单株地下鲜重。

1.3.2 植物体内生理指标的测定 叶绿素含量的测定参照张志良和瞿伟菁的方法[11]；超氧化物岐化酶活性(SOD)测定参照张以顺等的方法[12]，活性单位用抑制氮蓝四唑(NBT)光化还原50%时所需酶量表示；过氧化氢酶活性(CAT)测定采用Proinoke的方法[13]，活性单位用在20℃下1分钟内1g植物材料分解过氧化氢的微克分子数表示；过氧化物酶活性(POD)测定时的活性单位用20℃下1g分析材料所含酶在1分钟内氧化愈创木酚的微克表示，具体方法也参照Proinoke[13]；丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[11]。

1.4 数据的处理与分析

采用单因素方差分析和多重比较法(LSD)分别分析强力霉素污染下上海青的生长、代谢等在不同浓度组间的差异性。统计分析利用SPSS16.0软件完成，数据处理和图表制作使用Excel2010软件完成。

2 结果与分析

2.1 强力霉素对上海青生长指标的影响

不同浓度的强力霉素污染时，上海青的株高、根长及单株鲜重在不同的浓度组间存在着显著的差异(P<0.05)，添加强力霉素组的株高、根长和单株鲜重均显著高于对照组(P<0.05)(表1)。尽管其株高和根长随强力霉素浓度增加呈现增加的趋势，但在组间的差别不具有显著性。上海青的单株鲜重和单株地上鲜重都呈现先上升后下降的趋势(表1)。当强力霉素浓度为20mg·kg-1时，根长、单株鲜重、单株地下鲜重及单株地上鲜重分别为对照组(0)的2.76倍、2.17倍、1.21倍和2.5倍。

表1 强力霉素污染下上海青生长指标的变化

注:不同字母表示同一处理组不同浓度间存在显著性差异；*：0.05

2.2 强力霉素对上海青光合色素含量的影响

图1 强力霉素处理下上海青光合色素含量的变化Fig.1 The changes of content of photosynthetic pigment of B.chinensis L.treated by Doxycycline

不同浓度强力霉素污染下，上海青叶片叶绿素a的含量随污染浓度的增加而呈持续下降趋势，回归分析表明，叶绿素a含量与强力霉素浓度之间呈显著的负相关(r=-0.898，p<0.05)，20mg·kg-1强力霉素污染下的叶绿素a含量显著低于其他浓度组(图1)。而其叶绿素b和类胡萝卜素的含量也表现出了一致的趋势，即随抗生素浓度的增加均表现出先下降后上升，10mg·kg-1浓度下的含量均最低(图1)。

2.3 强力霉素对上海青MDA含量和抗氧化酶活性的影响

不同浓度强力霉素污染时，仅CAT酶活性在不同的抗生素处理组间具有显著差异(P<0.05)(表2)，其活性表现出随抗生素浓度升高呈现先升后降的趋势，在10mg·kg-1的浓度组时达到最高(表2)。MDA、POD和SOD的活性在各处理组间均无显著差异(P>0.05)(表2)。但是，MDA和POD的活性均表现出随抗生素浓度升高而增加的趋势，而SOD变现出先升后降的趋势。说明在该浓度强力霉素的处理下，虽然尚未造成上海青明显的生理毒害但是体现出了显著的潜在生态风险，理应引起人们的关注。

3 讨 论

已有研究表明，抗生素对植物根的生长、单株鲜重等生长指标具有一定的抑制作用，这种作用与抗生素的类型以及植物的种类有关[9,10,14]。研究表明，土霉素(四环素类抗生素)对青菜的株高、鲜重和根重均具有促进作用，但对其根长有一定的抑制作用[15-17]，本研究中，不同浓度强力霉素处理均对上海青的根长、株高、单株鲜重和单株地上鲜重均表现出了一定的促进作用。可以看出，强力霉素这种四环素类抗生素对上海青的毒性相对较小。

表2 强力霉素污染下上海青MDA,CAT,POD和SOD酶活性的变化

当植物受到外界污染物质胁迫时，其光合色素的含量通常也会受到影响。本研究中，相比类胡萝卜素和叶绿素b，强力霉素污染对叶绿素a含量的影响最为明显，且表现出了抑制作用。可能与抗生素抑制了原叶绿素酯还原酶等合成叶绿素的酶活性有关[17]。由于抗生素分子中含有多个官能团易与土壤中不同的金属离子发生络合反应生成络合物[18-20]，降低了土壤中微量营养元素(Cu2+、Fe3+、Mn2+等)的有效性，从而导致植物微量元素缺乏，造成叶绿素合成以及光合代谢的障碍。

本研究表明，强力霉素对上海青根长、株高、鲜重以及幼苗体内的叶绿素、可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性等生理生化指标均具有不同程度的影响，说明强力霉素污染可以在植物幼苗期就出现毒性效应。虽然在低浓度暴露下，对幼苗的根长、株高等表型指标具有一定的促进作用，但实际上其体内的一些生理指标已经出现了不良的变化。因此，仅以单一的某种生理生化指标变化来判断其对植物的毒性效应是不够的，应该从不同水平上将几种生物标志物有机地结合起来综合考虑以更好地反映其对动植物的潜在生态危害。尽管如此，如果我们长期将养殖场的粪便用于蔬菜的施肥，从食品安全上看，还是存在一定的生态风险。