土壤中土霉素對12種農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，通過土培試驗研究了土霉素對常見的12種農作物幼苗的毒害作用。結果表明，不同農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；表現出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對易受土壤中土霉素污染的危害?？紤]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，推斷在前農地土壤中土霉素污染水平下，其對農作物生長直接危害相對較小，而進入作物可食部分的土霉素對人類健康的危害可能更為嚴重。

關鍵詞：農作物；土霉素；生長抑制；閾值

中圖分類號 X826；X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）09-16-03

抗生素應用對農作物影響的研究最早始于抗生素發現的初期[1]。我國在20世紀50年代開始研發抗生素時，曾從醫用抗生素中篩選出農用抗生素用于農作物病害的防治，但應用后發現許多抗生素對農作物有藥害，農產品中存在可檢量的抗生素殘留，對人類健康有害，因而停止使用[1]。目前，使用于農作物的抗生素為植物專用抗生素（如井岡霉素、內療素、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，對環境不易產生污染，并在防治農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，隨著畜禽養殖業的發展，環境中殘留的抗生素（主要為獸用或醫用抗生素通過糞肥施用進入農田）對農作物的毒理重新引起重視。農用抗生素防治的對象主要為真菌性病害（占90%以上），而醫用或獸用抗生素大都是用來防治細菌性病害，因此，土壤環境中的醫用或獸用抗生素殘留可能會對作物生長產生不同于農用抗生素的影響。已有研究表明，土壤中的多數獸用抗生素極易向植物體內富集，并可對植物生長產生一定的影響[5-11]，但植物對獸用抗生素的吸收、富集及抗生素對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，獸用抗生素可能會影響植物的根系發育、地上部分的生長及抑制葉綠體合酶的活性[5-10]。近年來的研究表明，根部是農作物積累獸用抗生素的主要場所[8，11]，作物幼苗根系的伸展對環境中獸用抗生素最為敏感[5，8，12，13]。近年來，有關殘留在環境中的獸用抗生素對農作物生長的影響已引起人們的關注，但多數研究主要基于溶液培養試驗，缺少土壤環境下的抗生素毒理試驗。為此，本研究以幼苗根系伸展為指標，評估有代表性的獸用抗生素土霉素對常見的12種農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，發育于河流沖積物，采自浙江省富陽市，采樣深度為0～15cm，質地為粉壤土。土壤理化性狀如下：有機碳含量為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。檢測表明，試驗前土壤無土霉素檢出。土樣在試驗前經風干、混勻、過5mm土篩。

1.2 試驗種子及預處理 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，重復浸泡2次。浸泡后的種子轉移至消毒處理的濕紗布中，在培養箱中（20～25℃）培養至種子露白待用。

1.3 供試抗生素 供試抗生素為土霉素，屬于四環素類抗生素，該類抗生素在我國養殖業中應用較為廣泛。

1.4 試驗方法 采用保濕培養進行試驗，在潔凈烘干的直徑12.5cm培養皿中平鋪一層濾紙，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（預備試驗表明，加入13mL去離子使土壤含水量比較適宜種子萌發），使土壤土霉素濃度分別為0，1，5，10，25，50，100mg/kg（文獻上報道的土壤土霉素污染水平基本上都在50mg/kg以下）。平衡2h后，用鑷子將預處理后的種子均勻放入培養皿中，保持種子胚根末端與生長方向呈垂直，每皿放置25～30粒種子（視種子大小而異）。每個處理重復4次。蓋好培養皿，將其放置在25℃培養箱中避光培養，期間必要時添加去離子水，保持土壤濕潤。培養12d后，觀察根長（根與芽接點處至最長根尖的距離）。

1.5 數據處理 為了便于相互比較，幼苗的根長的觀察數據統一換算為相對于對照的比例（即以無抗生素污染土壤為100%計算），并根據相對根長與土壤土霉素污染濃度的關系用邏輯斯蒂克分布模型（Log-logistic distribution）進行擬合[14]，估算根長10%、25%和50%抑制時的抗生素臨界濃度（IC10、IC25和IC50）。

2 結果與分析

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，作物幼苗根系相對長度呈現下降趨勢。當土壤中土霉素濃度低于5mg/kg時，所有供試的12種作物幼苗根系相對長度與對照均無明顯的差異；當土壤中土霉素污染濃度超過10mg/kg時，土壤抗生素污染對根伸展的影響漸趨明顯，但不同作物對土壤中土霉素劑量的反應有較大的差異，其中，油菜、小白菜、胡蘿卜和萵苣對土壤中土霉素污染較為敏感；當土壤中土霉素濃度超過25mg/kg時，上述4種作物的相對根長隨土壤中土霉素污染濃度的提高呈現顯著的下降，而玉米、水稻、南瓜和小麥對土壤中土霉素污染相對不敏感，它們的相對根長隨土壤中土霉素污染濃度的提高下降幅度較小。

2.2 土壤中土霉素對不同作物幼苗毒性閾值的差異性 表1為根據作物幼苗相對生長與土壤中土霉素污染濃度的關系估算的作物幼苗根長10%、25%和50%抑制時的土霉素臨界濃度（IC10、IC25和IC50）。由表1可知，土壤中土霉素對不同作物的毒性有較大的差異，當作物幼苗根系伸展受到10%抑制時，相應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；當作物幼苗根系伸展受到25%抑制時，玉米、小麥、水稻的相應土霉素濃度已達100mg/kg以上，其它9種作物的相應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值的變化趨勢基本一致；當作物幼苗根系伸展受到50%抑制時，多數作物（包括玉米、水稻、小麥、南瓜、苜蓿、西紅柿、黃瓜和蘿卜）相應土霉素濃度都達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 結論與討論

結果表明，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；表現出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對易受土壤中土霉素污染的危害。

有關獸用抗生素對植物生長的影響機理較為復雜，至今還沒有開展系統的研究，但有一些初步的研究發現，抗生素可降低作物生長所需的葉酸合成、原生質的形成，影響過氧化物酶、谷胱甘肽轉移酶等酶的表達及降低葉綠素含量而影響植物的光合作用[13，15]。據調查，土壤中抗生素殘留雖然可在在μg·kg-1級至g·kg-1級之間變化[16-18]，但對于絕大多數的農業土壤，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所對應的土霉素污染濃度，可以認為，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不會構成對作物幼苗生長的嚴重影響。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入人體，對人類的健康產生潛在的風險[16-17]，特別是產生抗藥性[19]。人類攝取植物中的抗生素后可能導致病菌對抗生素產生抗藥性，從而增加現有的抗生素治療疾病的難度。因此，相對于對作物生長的直接影響，抗生素積累在作物的可食部位對人類的危害可能會更為嚴重。

參考文獻

[1]王獲，方金瑞.抗生素[M].北京：科學出版社，1985.

[2]王梅，湯浩茹，劉淑芳，等.抗生素對草莓內生菌的抑制[J].安徽農業科學，2005，33（4）：606-607.

[3]馮東昕，李寶棟，張克誠，等.抗生菌（素）對茄子黃萎病的防效測定初報[J].植保技術與推廣，1999，（2）：40-42.

[4]楊廣東，朱禎，李燕娥，等.幾種抗生素對大白菜種子發芽及離體子葉再生的影響[J].華北農學報，2002，17（1）：55-59.

[5]Batchelder A R.Chlortetracyline and oxytetracycline effects on plant growth and development in soil systems[J].Journal of Environmental Quality，1982，11（4）：675-678.

[6]Boxall A B A，Johnson P，Smith E J，et al.Uptake of veterinary medicines from soils into plants[J].Journal of Agricultural Food Chemistry，2006，54（6）：2 288-2 297.

[7]Kumar K，Gupta SC，Baidoo SK，et al.Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure.Journal of Environmental Quality，2005，34：2 082-2 085.

[8]Migliore L，Cozzolino S，Fiori M.Phytotoxicity to and uptake of enrofloxacin in crop plants[J].Chemosphere，2003，52：1 233-1 244.

[9]Migliore L，Cozzolino S，Fiori M.Phytotoxicity to and uptake of flumequine used in intensive aquaculture on the aquatic weed，Lythrum salicaria L[J]. Chemosphere，2000，40：741-750.

[10]Migliore L，Civitareale C，Cozzolino S，et al.Laboratory models to evaluate phytotoxicity of sulphadimethoxine on terrestrial plants.International Symposium on Integrated Ecotoxicology From Molecules/Organisms to Ecosystems[J].Chemosphere，1997，37：2957-2961.

[11]Kong W D，Zhu Y G，Liang Y C，et al.Uptake of oxytetracycline and its phytotoxicity to alfafa（Medicago sativa L.） [J].Environmental Pollution，2007，147：187-193.

[12]魏子艷，王金花，夏曉明，等.三種抗生素對蔬菜種子芽與根伸長的生態毒下效應[J].農業環境科學學報，2014，33（2）：237-242.

[13]金彩霞，陳秋穎，劉軍軍，等.兩種常用獸藥對蔬菜發芽的生態毒性效應[J].環境科學學報，2009，29（3）：619-625.

[14]Schabenberger O，Tharp B E，Kells J J，et al.Statistical test for hormesis and effective dosages in herbicide dose-response[J].Agronomy Journal，1999，91：713-721.

[15]Bradel B G，Preil W，Jeske H.Remission of the free-branching pattern of Euphorbia pulcherrima by tetracycline treatment[J].Journal of Phytopathology，2000，148（1-2）：587-590.

[16]Halling-Sorensen B，Nielsen S N，Lansky P F，et al.Occurrence，fate，and effects of pharmaceuticals in the environment—A review[J].Chemosphere，1998，36：357-365.

[17]Thiele-Bruhn S.Pharmaceutical antibiotic compounds in soils——a review[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2003，166：145-167.

[18]Xie Y F，Li X W，Wang J F，et al.Spatial estimation of antibiotic residues in surface soils in a typical intensive vegetable cultivation area in China[J].Science of the Total Environment，1012，430：126-131.

[19]Kummer K，Henninger A.Promoting resistance by the emission of antibiotics from hospitals and households into effluent[J].Clinical Microbiology and Infection，2003，9（12）：1 203-1 214.

（責編：張宏民）

3 結論與討論

結果表明，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；表現出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對易受土壤中土霉素污染的危害。

有關獸用抗生素對植物生長的影響機理較為復雜，至今還沒有開展系統的研究，但有一些初步的研究發現，抗生素可降低作物生長所需的葉酸合成、原生質的形成，影響過氧化物酶、谷胱甘肽轉移酶等酶的表達及降低葉綠素含量而影響植物的光合作用[13，15]。據調查，土壤中抗生素殘留雖然可在在μg·kg-1級至g·kg-1級之間變化[16-18]，但對于絕大多數的農業土壤，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所對應的土霉素污染濃度，可以認為，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不會構成對作物幼苗生長的嚴重影響。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入人體，對人類的健康產生潛在的風險[16-17]，特別是產生抗藥性[19]。人類攝取植物中的抗生素后可能導致病菌對抗生素產生抗藥性，從而增加現有的抗生素治療疾病的難度。因此，相對于對作物生長的直接影響，抗生素積累在作物的可食部位對人類的危害可能會更為嚴重。

參考文獻

[1]王獲，方金瑞.抗生素[M].北京：科學出版社，1985.

[2]王梅，湯浩茹，劉淑芳，等.抗生素對草莓內生菌的抑制[J].安徽農業科學，2005，33（4）：606-607.

[3]馮東昕，李寶棟，張克誠，等.抗生菌（素）對茄子黃萎病的防效測定初報[J].植保技術與推廣，1999，（2）：40-42.

[4]楊廣東，朱禎，李燕娥，等.幾種抗生素對大白菜種子發芽及離體子葉再生的影響[J].華北農學報，2002，17（1）：55-59.

[5]Batchelder A R.Chlortetracyline and oxytetracycline effects on plant growth and development in soil systems[J].Journal of Environmental Quality，1982，11（4）：675-678.

[6]Boxall A B A，Johnson P，Smith E J，et al.Uptake of veterinary medicines from soils into plants[J].Journal of Agricultural Food Chemistry，2006，54（6）：2 288-2 297.

[7]Kumar K，Gupta SC，Baidoo SK，et al.Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure.Journal of Environmental Quality，2005，34：2 082-2 085.

[8]Migliore L，Cozzolino S，Fiori M.Phytotoxicity to and uptake of enrofloxacin in crop plants[J].Chemosphere，2003，52：1 233-1 244.

[9]Migliore L，Cozzolino S，Fiori M.Phytotoxicity to and uptake of flumequine used in intensive aquaculture on the aquatic weed，Lythrum salicaria L[J]. Chemosphere，2000，40：741-750.

[10]Migliore L，Civitareale C，Cozzolino S，et al.Laboratory models to evaluate phytotoxicity of sulphadimethoxine on terrestrial plants.International Symposium on Integrated Ecotoxicology From Molecules/Organisms to Ecosystems[J].Chemosphere，1997，37：2957-2961.

[11]Kong W D，Zhu Y G，Liang Y C，et al.Uptake of oxytetracycline and its phytotoxicity to alfafa（Medicago sativa L.） [J].Environmental Pollution，2007，147：187-193.

[12]魏子艷，王金花，夏曉明，等.三種抗生素對蔬菜種子芽與根伸長的生態毒下效應[J].農業環境科學學報，2014，33（2）：237-242.

[13]金彩霞，陳秋穎，劉軍軍，等.兩種常用獸藥對蔬菜發芽的生態毒性效應[J].環境科學學報，2009，29（3）：619-625.

[14]Schabenberger O，Tharp B E，Kells J J，et al.Statistical test for hormesis and effective dosages in herbicide dose-response[J].Agronomy Journal，1999，91：713-721.

[15]Bradel B G，Preil W，Jeske H.Remission of the free-branching pattern of Euphorbia pulcherrima by tetracycline treatment[J].Journal of Phytopathology，2000，148（1-2）：587-590.

[16]Halling-Sorensen B，Nielsen S N，Lansky P F，et al.Occurrence，fate，and effects of pharmaceuticals in the environment—A review[J].Chemosphere，1998，36：357-365.

[17]Thiele-Bruhn S.Pharmaceutical antibiotic compounds in soils——a review[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2003，166：145-167.

[18]Xie Y F，Li X W，Wang J F，et al.Spatial estimation of antibiotic residues in surface soils in a typical intensive vegetable cultivation area in China[J].Science of the Total Environment，1012，430：126-131.

[19]Kummer K，Henninger A.Promoting resistance by the emission of antibiotics from hospitals and households into effluent[J].Clinical Microbiology and Infection，2003，9（12）：1 203-1 214.

（責編：張宏民）

3 結論與討論

結果表明，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；表現出糧食作物幼苗不易受土霉素的危害，蔬菜作物幼苗相對易受土壤中土霉素污染的危害。

有關獸用抗生素對植物生長的影響機理較為復雜，至今還沒有開展系統的研究，但有一些初步的研究發現，抗生素可降低作物生長所需的葉酸合成、原生質的形成，影響過氧化物酶、谷胱甘肽轉移酶等酶的表達及降低葉綠素含量而影響植物的光合作用[13，15]。據調查，土壤中抗生素殘留雖然可在在μg·kg-1級至g·kg-1級之間變化[16-18]，但對于絕大多數的農業土壤，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所對應的土霉素污染濃度，可以認為，在一般土霉素污染水平下，土壤中的土霉素不會構成對作物幼苗生長的嚴重影響。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入人體，對人類的健康產生潛在的風險[16-17]，特別是產生抗藥性[19]。人類攝取植物中的抗生素后可能導致病菌對抗生素產生抗藥性，從而增加現有的抗生素治療疾病的難度。因此，相對于對作物生長的直接影響，抗生素積累在作物的可食部位對人類的危害可能會更為嚴重。

參考文獻

[1]王獲，方金瑞.抗生素[M].北京：科學出版社，1985.

[2]王梅，湯浩茹，劉淑芳，等.抗生素對草莓內生菌的抑制[J].安徽農業科學，2005，33（4）：606-607.

[3]馮東昕，李寶棟，張克誠，等.抗生菌（素）對茄子黃萎病的防效測定初報[J].植保技術與推廣，1999，（2）：40-42.

[4]楊廣東，朱禎，李燕娥，等.幾種抗生素對大白菜種子發芽及離體子葉再生的影響[J].華北農學報，2002，17（1）：55-59.

[5]Batchelder A R.Chlortetracyline and oxytetracycline effects on plant growth and development in soil systems[J].Journal of Environmental Quality，1982，11（4）：675-678.

[6]Boxall A B A，Johnson P，Smith E J，et al.Uptake of veterinary medicines from soils into plants[J].Journal of Agricultural Food Chemistry，2006，54（6）：2 288-2 297.

[7]Kumar K，Gupta SC，Baidoo SK，et al.Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure.Journal of Environmental Quality，2005，34：2 082-2 085.

[8]Migliore L，Cozzolino S，Fiori M.Phytotoxicity to and uptake of enrofloxacin in crop plants[J].Chemosphere，2003，52：1 233-1 244.

[9]Migliore L，Cozzolino S，Fiori M.Phytotoxicity to and uptake of flumequine used in intensive aquaculture on the aquatic weed，Lythrum salicaria L[J]. Chemosphere，2000，40：741-750.

[10]Migliore L，Civitareale C，Cozzolino S，et al.Laboratory models to evaluate phytotoxicity of sulphadimethoxine on terrestrial plants.International Symposium on Integrated Ecotoxicology From Molecules/Organisms to Ecosystems[J].Chemosphere，1997，37：2957-2961.

[11]Kong W D，Zhu Y G，Liang Y C，et al.Uptake of oxytetracycline and its phytotoxicity to alfafa（Medicago sativa L.） [J].Environmental Pollution，2007，147：187-193.

[12]魏子艷，王金花，夏曉明，等.三種抗生素對蔬菜種子芽與根伸長的生態毒下效應[J].農業環境科學學報，2014，33（2）：237-242.

[13]金彩霞，陳秋穎，劉軍軍，等.兩種常用獸藥對蔬菜發芽的生態毒性效應[J].環境科學學報，2009，29（3）：619-625.

[14]Schabenberger O，Tharp B E，Kells J J，et al.Statistical test for hormesis and effective dosages in herbicide dose-response[J].Agronomy Journal，1999，91：713-721.

[15]Bradel B G，Preil W，Jeske H.Remission of the free-branching pattern of Euphorbia pulcherrima by tetracycline treatment[J].Journal of Phytopathology，2000，148（1-2）：587-590.

[16]Halling-Sorensen B，Nielsen S N，Lansky P F，et al.Occurrence，fate，and effects of pharmaceuticals in the environment—A review[J].Chemosphere，1998，36：357-365.

[17]Thiele-Bruhn S.Pharmaceutical antibiotic compounds in soils——a review[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science，2003，166：145-167.

[18]Xie Y F，Li X W，Wang J F，et al.Spatial estimation of antibiotic residues in surface soils in a typical intensive vegetable cultivation area in China[J].Science of the Total Environment，1012，430：126-131.

[19]Kummer K，Henninger A.Promoting resistance by the emission of antibiotics from hospitals and households into effluent[J].Clinical Microbiology and Infection，2003，9（12）：1 203-1 214.

（責編：張宏民）