环境工程专业毕业论文四环素对蓝藻的急性毒性研究Word格式文档下载.docx
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1°
C,光强40μmol/m2•S,湿度60%,白天/黑夜=12h/12h。
2、急性毒性实验参照OECD标准实验方法进行。
3、化合物染毒基本条件具备。
4、急性毒性实验及蛋白含量检测条件具备。
5、抗生素液相检测方法基本建立。
三、设计的技术要求(论文的研究要求)
1、掌握蓝藻培养方法;
2、掌握藻类急性毒性实验方法;
3、掌握蛋白含量测定方法;
4、掌握液相检测抗生素的方法。
5、掌握数据分析基本方法。
四、毕业设计(论文)应完成的具体工作
1、实验室稳定培养蓝藻细胞;
2、蓝藻细胞生长曲线绘制及EC50计算;
3、蛋白含量检测;
4、抗生素在藻液体系中的含量变化检测。
5、数据分析,论文撰写。
五、查阅文献要求及主要的参考文献
1.Chorus,I.;
Bartram,J.,ToxicCyanobacteriainWater:
aguidetotheirpublichealthconsequences,monitoringandmanagement.E&
FNSPONRoutledge:
NewYork,1999.
2.Galey,F.D.;
Beasley,V.R.;
Carmichael,W.W.;
Kleppe,G.;
Hooser,S.B.;
Haschek,W.M.,Blue-greenalgae(Microcystisaeruginosa)hepatotoxicosisindairycows.AmJVetRes1987,48(9),1415-20.
3.Carmichael,W.W.,Cyanobacteriasecondarymetabolites-Thecyantoxins.J.Appl.Bacteriol.1992,72(6),445-459.
4.WHO,Guidelinesfordrinking-waterquality,2nded.;
addendumtoVol.2,Healthcriteriaandothersupportinginformation.Geneva,Switzerland,1998.
5.Mackintosh,C.;
Klumpp,S.,TautomycinfromthebacteriumStreptomuces-verticillatus-anotherpotentandspecificinhibitorofproteinphosphatase-1andphosphatese-2A.FEBSLett.1990,277(1-2),137-140.
6.Matsushima,R.;
Yoshizawa,S.;
Watanabe,M.F.;
Harada,K.;
Furusawa,M.;
Fujiki,H.,Inbitroandinvivoeffectsofproteinphosphataseinhibitors,microcystinsandnodularin,onmouseskinandfibroblasts.Biochem.Biophys.Res.Commun.1990,171
(2),867-874.
7.Honkanan,R.E.;
Codispoti,B.A.;
Tse,K.;
Boynton,A.L.,Characterizationofnaturaltoxinswithinhibitoryactivityagainstserinethereonineproteinphosphatases.Toxicon1994,32(3),339-350.
8.Bogtalli,S.;
Bruno,M.;
Curini,R.;
Corcia,A.D.;
Fanali,C.;
Lagana,A.,Mornitoringalgaltoxinsinlakewaterbyliquidchromatographytandemmassspectrometry.Environ.Sci.
Technol.2006,40,2917-2923.
9.Harada,K.-I.;
Matsuura,K.;
Suzuki,M.;
Oka,H.;
Oishi,S.;
Dahlem,A.M.;
Carmichael,W.W.,Analysisandpurificationoftoxicpeptidesfromcyanobacteriabyreversed-phasehigh-performanceliquidchromatography.JournalofChromatographyA1988,448,275-283.
10.Meriluoto,J.;
Kincaid,B.;
Smyth,M.R.;
Wasberg,M.,Electrochemicaldetectionofmicrocystins,cyanobacterialpeptidehepatotoxins,followinghigh-performanceliquid.
六、进度安排:
(设计或论文各阶段的要求,时间安排)
1~4周:
文献综述撰写,英文翻译。
5~14周:
实验室实验。
15~16周:
整理数据,论文撰写。
审核意见:
教研室主任:
摘要:
四环素类抗生素是目前使用最广泛、用量最大的抗生素种类之一,其在环境中的大量残留带来了潜在的环境风险。
本文介绍了四环素类抗生素的污染现状以及生态毒性。
并以水华蓝藻铜绿微囊藻为研究对象,通过四环素对铜绿微囊藻的生长抑制、四环素对藻液pH值的影响、四环素对蛋白质含量的影响,研究四环素对蓝藻的急性毒性。
结果表明:
1mg/L的四环素能够刺激铜绿微囊藻细胞的生长,而铜绿微囊藻在长时间暴露于高浓度四环素时其生长明显受到抑制。
本文同时通过高效液相色谱法检测了四环素在铜绿微囊藻液中的降解情况,结果表明:
该反应属于一级动力学反应,Ln(四环素浓度)与反应时间呈线性关系。
为今后的研究方向进行了探计,旨在为其生态风险评价提供有价值的参考。
关键词:
四环素、铜绿微囊藻、急性毒性、抑制、降解
AcutetoxicityoftetracyclineonMicrocystisaeruginosa
Abstract:
Tetracyclineantibioticsarewidelyusedintheworld.Thisisoneofthelargesttypesofantibiotics,whichcanremainintheenvironmentandbringpotentialenvironmentalrisks.Inthisstudy,theeco-toxicityoftetracyclinesoncyanobacteriaMicrocystisaeruginosawasstudied.Growthinhibitionofthiskindofalgaeexposuretotetracyclinewasmeasured.pHvalues,proteincontent,werealsostudiedtodeterminetheacutetoxicityoftetracyclineonM.aeruginosa.Theresultsshowedthatatlowconcentration1mg/LtetracyclinecanstimulatethegrowthofM.aeruginosa,andinprolongedexposuretohighconcentrationsoftetracycline,M.aeruginosagrowthwassuppressed.ThispaperalsodetectedthedegradationoftetracyclineinM.aeruginosaculturemediumbyhighperformanceliquidchromatography(HPLC).Theresultsshowedthatthereactionisafirst-orderkineticsreaction,Ln(tetracyclineconcentration)andthereactiontimeshowedlinearrelationship.Anddiscussedthefutureresearchdirections,aimedtoprovidevaluablereferencefortheecologicalriskassessmentoftheantibiotics.
KeyWords:
Tetracycline;
Microcystisaeruginosa;
Acutetoxicity;
Inhibit;
Degradation
1.引言(绪论)
1.1抗生素的污染现状
抗生素是一类生物(主要是真菌、放线菌或细菌等微生物)在其代谢过程中产生的具有杀灭或抑制他种生物(主要是微生物)作用的化学物质。
除从微生物培养液提取外,有些抗生素已能通过人工合成或半合成得到。
抗生素能在不同程度上起到抗菌、杀菌和抑菌作用,其作用机理主要包括:
通过抑制细菌细胞壁的形成,使细菌因丧失细胞壁保护而死亡;
影响胞浆膜通透性,使细菌屏障和运输物质功能受到障碍;
影响蛋白质合成,使细菌生长受到抑制;
影响核酸代谢,使细菌生长分裂受到抑制等等。
一般来说,抗生素包括人用和兽用两类。
目前大部分医院对药物的使用仍以抗生素的处方为主,这就造成了医疗系统强加给生病病人抗生素的滥用;
另有一些家庭自医的人群,随意到药店擅自购买抗生素服用。
抗生素在畜禽生产中的使用就更加令人担忧,常以高剂量使用治疗各种疾病,以低剂量使用促进畜禽生长和增产,因此其在畜禽生产中的使用量非常大。
含有抗生素的畜禽粪便的土地利用是土壤中抗生素类污染物的主要来源。
据报道,在畜禽生产中使用的抗生素有30%~90%以母体化合物形式随畜禽粪便排出,某些抗生素能以母体化合物形式排出高达95%[1、2]。
因此对该问题更应引起重视。
北京大学临床药理研究所肖永红教授等专家调查推算,中国每年生产抗生素原料21万吨,有9.7万吨抗生素用于畜牧养殖业,占年总产量的46.1%。
滥用抗生素使得抗生素以活性形式存在于污水中。
超过90%的人类使用的抗生素以活性形式排出体外,这些抗生素接着出现在我们的饮用水中,不仅会进入人体干扰正常的菌群平衡,而且还可以通过杀灭周围环境中的有益菌来破坏生态平衡。
同时,农业滥用抗生素正在导致超级病毒的传播,非传染性疾病和免疫性疾病大大增加了,人类的免疫系统正在衰退,而抗生素的滥用也是造成新型疾病增加的原因之一。
多方面的资料表明,现有水处理技术对污水中含有的相当一部分抗生素没有明显的去除效果如抗癫痫药卡马西平的去除率仅为8%,而降血脂药氯贝酸的去除率几乎为0,全部随污水处理厂出水进入受纳水体。
因此,对于含有抗生素的医院污水或城市生活污水,无论是否经过处理,只要实施排放,均可以导致对地表水、地下水以及农田土壤环境的污染。
此外兽药抗生素在畜禽养殖业中以亚治疗剂量长期添加于动物饲料,起到刺激动物生长和促进增产的作用。
目前在全球范围内几乎所有地区都采用抗生素来实现增加产量、提高经济效益的目的。
然而,研究表明,抗生素药物只有15%可被吸收利用,大约85%未被代谢而被直接排放至环境中。
例如,绵羊口服的土霉素中21%通过尿液排出体外,而对于幼牛17~75%的氯四环素未经代谢就以母体化合物的形态被排出体外。
到2010年,全国畜禽粪便的排放量将达45亿吨。
如此大量的畜禽粪便排放,是构成我国抗生素面源污染的主要原因之一。
抗生素在水产养殖中也被广泛使用,近年来公布的数据表明,水产养殖业使用的抗生素仅有20~30%被鱼类吸收,70~80%进入水环境中。
因此,水产养殖业中抗生素的大量使用,是抗生素进入水环境的一个重要途径[3]。
1.2四环素类抗生素的污染现状
四环素类是由链霉菌产生的一类广谱抗生素,在化学结构上都属于多环并四苯羧基酰胺母核的衍生物,可分为天然品和四环素类抗生素,一般通过与核蛋白体的30S亚单位结合,阻止氨酰基tRNA同核蛋白体结合产生药理作用,起到抑菌、杀菌作用。
20世纪40年代末、50年代初,金霉素、土霉素和四环素相继从链霉菌发酵液中分离得到,这3种四环素类抗生素都显示了完全的交叉抗性,有着相似的、广泛的抗菌谱,对革兰氏阳性、革兰氏阴性菌、支原体、立克次体和衣原体之类的微生物都有活性。
1957年,去甲环素被发现,通过对这些抗生素进行降解研究,人们发现它们具有极为相似的化学结构,有4个环线形相连构成主体骨架,从此“四环素”被看成一类新的抗生素。
目前,四环素类抗生素中最主要种类包括四环素、土霉素、金霉素等,其他半合成制取种类主要包括甲烯土霉素、强力霉素、二甲胺基四环素等。
四环素类抗生素在进入人或动物体内后,由于氧化、还原、水解以及共轭接合作用,这些药物形态的改变使其理化性质和生态毒性发生变化,但研究显示,随动物体排出以后,代谢物质可能会恢复为其母体化合物[4]。
在密集型养鱼场,最终有70%~80%药物流入环境之中[5]。
在密集型畜牧养殖场这种现象同样严重。
有报道显示:
土霉素在绵羊粪便中残留21%,金霉素在小公牛粪便中残留17%~75%[6]。
Liguoro等[7]以60mg·
kg-1·
d-1土霉素的量对50头农场喂养的西门塔尔牛进行5d口服实验,此后对其粪肥中土霉素含量进行测定。
结果表明,土霉素在粪肥中的半衰期为30d,在粪肥熟化5个月后仍然检测到土霉素的残留,含量达到820μg·
k-1。
在德国农业土壤和草原土壤的0~10cm土壤表层中分别检测到含有4mg·
k-1和0.86mg·
k-1的四环素[8]。
而在荷兰,有研究推测,如果将荷兰在饲料中添加的所有促生长剂分散在200万hm2的耕地上,那么每平方米的耕地上可能发现130mg抗生素及其代谢物,与之对应的是每千克干土为0.9mg。
实际上,四环素类抗生素的分布不可能如此均一,因此可以预测,部分地区的局部浓度要高于平均值。
即由于抗生素环境浓度预测模型的不成熟,以及抗生素环境分布的变异性,局部地区的浓度真实值可能远大于预测平均值[9]。
由此可见,四环素类抗生素的污染作为一个全球性普遍存在的问题,这类物质一般均具备高生物活性和持久性,这就决定了其必然具有一定的潜在生态环境风险。
尤其是随着集约化现代畜禽养殖业的迅速发展,抗生素类药物构成对环境以及对生态系统和人体健康的威胁日益暴露。
虽然,人们对药物及个人防护品污染物(PPCPs)等新型污染物造成的生态环境问题给予了越来越多的关注,而作为PPCPs这一大类污染物中的四环素类药物的环境污染方面的研究还相对较少[10~13],尤其是其污染机理及生态毒性的研究还处于研究的起始阶段。
因此,对四环素类药物的生态毒理研究非常必要。
1.3四环素类抗生素的生态毒性
1.3.1四环素类抗生素对微生物的生态毒性
由于四环素类抗生素主要用来抑制菌类物质的生长发育,因此近年来研究者们对于四环素对细菌、真菌和微藻等的生态毒性做了广泛研究。
一般情况下,四环素对原核生物(如蓝藻)的毒性高于单细胞真核生物(如微藻类),单细胞生物对抗生素的敏感度则高于多细胞生物,这也与设计生产四环素类药物的初衷一致。
例如,通过对费氏弧菌的长达24h毒性研究表明,四环素的EC50值为0.0251mg·
kg-1[14]。
Ferreira等同时研究了四环素对扁藻的和卤虫的生长抑制情况,结果表明,扁藻对四环素的敏感度大约为卤虫的70倍,这一规律也被许多类似实验所验证[15~18]。
四环素类药物对微藻的毒性主要体现在抑制微藻蛋白质合成和叶绿体的生成最终造成对微藻生长的抑制。
Ferreira等依据OECD201准则《藻类生长抑制测试》(OECD,1984)研究了四环素对扁藻的生长抑制情况。
通过96h暴露,在四环素浓度大于5.3mg·
L-1溶液中扁藻的生长抑制显著,NOEC值为3.6mg·
L-1,LOEC值为5.3mg·
L-1,72h及96hIC50值分别为13.16(95%置信区间为:
10.24~18.89mg·
L-1)和11.18mg·
L-1(95%置信区间:
8.39~15.84mg·
L-1)。
此外,四环素类药物能够抑制铜绿微囊藻和绿藻的蛋白质合成。
强力霉素对绿藻的毒性为IC50=15.2mg·
L-1[19],土霉素能抑制等鞭金藻叶绿素含量的生成,并且药量越大抑制作用越强;
对类胡萝卜素的生成起促进作用,药量越大则类胡萝卜素含量越多。
叶绿素含量减少,则藻细胞的光合作用强度下降,即新陈代谢强度减弱,细胞的繁殖能力下降。
[20]
王志强运用藻类抑制试验,以光密度法确定藻细胞的生物量,研究了兽医临床12种常用的抗菌药对铜绿微囊藻的急性毒性。
试验结果表明,大多数所测定的抗菌药对铜绿微囊藻藻都有不同程度的抑制作用,半数抑制浓度(EC50)值处于mg/L水平,同时,抗菌药对藻类的急性毒性呈明显的剂量效应关系,并且铜绿微囊藻对抗菌药较为敏感[21]。
表1-1抗菌药对铜绿微囊藻的急性毒性
抗菌药对铜绿微囊藻的急性毒性
药物
浓度范围
48hEC50
72hEC50
96hEC50
红霉素
0.02-0.64
0.22
0.086
0.047
泰乐菌素
0.10-3.20
0.268
0.223
0.128
替米考星
0.04-1.28
0.207
0.139
0.061
泰妙菌素
0.01-0.32
0.47
0.162
0.083
新霉素
1.00-32.00
16.638
14.841
9.473
阿米卡星
2.00-64.00
31.013
21.241
14.325
卡那霉素
4.00-128.00
——
氟苯尼考
5.283
5.992
5.796
恩诺沙星
3.307
3
2.095
诺氟沙星
1.3.2四环素类抗生素对植物的生态毒性
目前四环素类抗生素对植物的生态毒性的研究主要集中在对实验室模拟条件下水生植物和陆生植物的水培养条件下的毒性研究。
多项研究表明,四环素类抗生素可能通过抑制叶绿体合酶的活性,从而对植物生长产生抑制作用,影响植物发芽率和根的生长,这与四环素对微藻的毒性研究结果相似。
四环素类药物对植物根的毒性较大,高浓度时显著抑制初生根的生长,这可能与四环素在植物根部的蓄积量有关,在根部蓄积量最多,因此表现出对根生长的抑制作用最为显著。
Migliore等[22]的研究证实了该机制,研究发现植物的根是抗生素药物的主要积累场所。
当土霉素浓度升高时,紫花苜蓿的叶子出现变黄现象,四环素类抗生素对紫花苜蓿的毒性可能是由于四环素与叶绿体合酶结构相似,因此四环素抑制了叶绿体翻译活性及叶绿体合酶的活性。
[23、24]Kong等[25]通过一系列溶液培养实验对于紫花苜蓿对土霉素的摄取情况及土霉素对紫花苜蓿发芽及根的生长的影响进行了研究。
研究表明,当浓度高于0.02mmol·
L-1时,土霉素对紫花苜蓿的生长有显著的抑制作用。
根的生长较发芽对土霉素更为敏感,土霉素对紫花苜蓿发芽及根生长的抑制率分别达61%和85%。
1.3.3四环素类抗生素对动物的生态毒性
四环素类抗生素能够抑制水生动物多种酶的活性,如乙氧基试卤灵-O-去乙基酶、β-半乳糖苷酶等,并可能造成鱼类较严重的DNA损伤。
Wollenberger等根据水蚤急性毒性试验的标准协议(ISO,1989b)测定了包括四环素类抗生素在内的9种抗生素对水蚤的急性毒性,并根据48h急性毒性试验EC50值进行排序。
同时,根据水蚤繁殖测试标准过程(OECD,1996)利用半静态检验估计其对水蚤生殖能力的毒性效应。
结果表明,土霉素的48hEC50超过1000mg·
L-1,而四环素的NOEC值为340mg·
L-1,在每个浓度均观察到对水蚤生殖能力的影响,其影响较急性毒性水平低一个数量级。
Ferreira等以硝化纤维过滤的大西洋海水中的卤虫为研究对象,通过24h和48h的卤虫死亡数计算死亡率,利用概率值分析法计算半致死浓度,结果显示,四环素24h和48hIC50分别为870.47mg·
L-1(95%置信区间为:
778.83~983.66mg·
L-1)和805.99mg·
650.71~1129mg·
L-1),其NOEC和LOEC值分别为637mg·
L-1和828mg·
L-1。
1.4四环素的理化性质和药理毒理
1.4.1四环素的理化性质
该盐酸盐为黄色结晶性粉末;
无臭,味苦;
有引湿性;
遇光色渐变深,在碱性溶液中易破坏失效。
在水中溶解,在乙醇中略溶,在氯仿或乙醚中不溶。
分子式C20H24N2O8,分子量444.45。
黄色晶体,熔点170~175°
C(分解)。
微溶于水,溶于乙醇和丙酮,在空气中稳定,但易吸收水分,受强日光照射变色。
密度:
1.644g/cm3;
沸点:
790.622°
Cat760mmHg;
蒸汽压:
0mmHgat25°
C。
图1-1四环素结构式
对革兰氏阳性和阴性细菌,各种立克次氏体、螺旋体、大型病毒等有抑制作用。
用于治疗肺炎、斑疹伤寒、阿米巴痢等。
供口服。
但有呕吐、恶心、腹泻等副作用。
可由金霉素脱氯制得,或由培养能产生四环素的放线菌的发酵液中提取。
1.4.2四环素的药理毒理
四环素为广谱抑菌剂,高浓度时具杀菌作用。
除了常见的革兰阳性菌、革兰阴性菌以及厌氧菌外,多数立克次体属、支原体属、衣原体属、非典型分枝杆菌属、螺旋体也对本品敏感。
四环素对革兰阳性菌的作用优于革兰阴性菌,但肠球菌属对其耐药。
其
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