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闫雷等以土霉素与Cd为污染物,研究了土霉素与Cd复合污染对酶活性的影响。发现低浓度和高浓度的土霉素与Cd复合污染时,对土壤蔗糖酶、脲酶、磷酸酶活性的影响主要为拮抗作用;中浓度土霉素与Cd的复合污染对3种酶活性的影响则主要为协同作用。
可见抗生素与重金属复合污染对不同种类酶的影响不同,可能表现出抑制效应、一定的激活效应或无影响,且这种相互作用与复合污染物的浓度、种类、土壤类型等因素密切相关。
3.2 对土壤微生物的影响
土壤微生物也是维持土壤生物活性的重要组分,其数量、群落结构改变均能反映出土壤质量和健康状况,是土壤环境质量评价的重要生物学指标。抗生素与重金属的络合作用可能会对微生物更大的毒性。有研究表明,环丙沙星等喹诺酮类抗生素与Cd、Co、Zn等重金属离子的络合物,与抗生素本身相比,对分生性细菌低毒,但对非分生性细菌的毒性却会显著增强。
Kong等发现土霉素和Cu的复合污染对土壤微生物功能多样性、均匀度、基质利用率等均随土霉素和Cu浓度的增加而显著降低。
刘爱菊等发现不同的土壤微生物指标对磺胺甲基嘧啶-Cu协同污染的响应是不相同的:低剂量Cu的协同污染对土壤潜在硝化势具有协同抑制作用,但一定程度上可缓解磺胺甲基嘧啶对土壤基础呼吸、土壤微生物量碳、氮的抑制作用;而高剂量的Cu,则加重磺胺甲基嘧啶对这些土壤微生物指标的影响。说明低剂量的复合污染可能会诱导土壤微生物对二者产生交互抗性,而高剂量复合污染则对土壤微生物生态功能产生较为严重的协同抑制作用。
魏子艳等也发现土霉素、恩诺沙星、磺胺二甲嘧啶3种抗生素和Cu的复合污染与3类微生物(细菌、真菌、放线菌)的数量之间存在明显的剂量-效应关系和时间-效应关系。3类微生物的数量随培养时间的延长和抗生素浓度的增加均呈现降低的趋势;与单一污染相比,抗生素和Cu的复合污染对3类微生物具有更强的毒性效应,但由于抗生素和Cu之间交互作用的复杂性,抗生素和Cu复合污染的毒性效应与各单一污染的毒性效应之间并不存在相关性。
总之,抗生素与重金属复合对微生物的毒害不仅与污染物浓度相关,也与暴露时间和微生物种类有着密切关系。此外,与单一污染相比,多数抗生素与重金属复合污染对土壤微生物数量和种群多样性等产生明显的抑制。
3.3 对植物和动物的影响
抗生素与重金属的复合污染对植物的影响通常表现为对发芽率、根茎伸长、某些化学物质含量等的影响。而对动物的影响一般体现在污染物在体内的富集程度、体内重要酶活性,以及吸收机能和呼吸作用等方面的变化。
阮存鑫在四环素-Cu复合污染对油菜生长的影响研究中,发现四环素的存在降低了油菜对Cu的吸收,缓解了Cu的毒性。
李通等研究了环丙沙星与Cu复合污染对不同植物生长的影响。结果表明,低Cu浓度下,环丙沙星与Cu复合污染对玉米根伸长和芽伸长的联合作用表现为拮抗作用,对萝卜根伸长和芽伸长表现为协同作用,对小白菜的根伸长表现为拮抗作用,而对小白菜的芽伸长表现为协同作用;在高浓度Cu胁迫下,二者复合污染对玉米的根伸长和芽伸长均起一定的协同作用,而对萝卜和小白菜的根伸长起拮抗作用,芽伸长起协同作用。而戚与珊等的研究发现,低浓度Cu与环丙沙星复合时对小麦根长的抑制有毒性增强的趋势,表现为协同效应;高浓度Cu与环丙沙星复合后,其毒性有所缓解,表现为拮抗效应。可见,即使同一类型的抗生素与重金属复合污染,对不同植物产生的联合效应也不尽相同。
植物体内的各种化学成分含量在抗生素与重金属的复合污染下也会产生了不同的变化。张春艳比较了不同培养环境下土霉素与Zn胁迫对青菜叶绿素含量及抗氧化系统的影响。水培条件下,土霉素与Zn共同胁迫使青菜超氧化物歧化酶、过氧化氢酶升高,而过氧化物酶活性下降。土培条件下,土霉素与Zn共同胁迫使毒害作用加强,并随着浓度的升高,对超氧化物歧化酶产生不可逆的破坏作用,对过氧化氢酶也造成一定的破坏,而过氧化物酶活性升高。在研究磺胺间甲氧嘧啶与Cd复合污染时,发现低浓度的胁迫会对过氧化物酶和超氧化物歧化酶起到激活作用。而高浓度的胁迫会对植物造成大的伤害,大豆幼苗根系的丙二醛含量先升高后降低的变化也可以说明氧化胁迫的存在。
抗生素与重金属的复合污染对动物也产生很大的影响。Gao等研究了土霉素和Pb对赤子爱胜蚓溶酶体膜稳定性和体腔细胞凋亡的联合效应,复合污染时,低浓度处理组对蚯蚓溶酶体的联合效应表现为协同作用,而高浓度处理组表现为拮抗作用。此外,与单一土霉素污染相比,蚯蚓体腔细胞凋亡显著降低,表现为拮抗作用。同时,随着土霉素浓度逐渐增加,土霉素和Pb对蚯蚓的联合毒性显著下降。
总体来说,抗生素与重金属对植物和动物的联合毒性与污染物的浓度组合有很大关系。此外,不同类型的污染物,不同类型的植物或动物,也都会影响抗生素与重金属的联合毒理效应,由于污染物进入生物体后,污染物与污染物之间,污染物与生物体之间都会发生相互作用,使得复合污染对植物和动物的毒理效应研究难度增加。
4、结论与展望
在复合污染条件下,污染物间的相互作用使得污染更具复杂性和不确定性,污染风险加剧。尤其是随着大量抗生素进入环境中,使得抗生素与重金属的复合污染逐渐受到人们的关注。开展抗生素与重金属复合污染生态毒理效应研究可以更好地解释复合污染的污染特性和污染机理,为推动抗生素与重金属复合污染的环境风险评价和开展污染防治提供理论基础。
目前,抗生素与重金属复合污染毒理研究正处于不断完善之中,然而,今后在一些研究方面仍需加强。例如,当前对抗生素与重金属复合污染的研究大多集中在二元、三元之间的联合效应,而实际环境中可能存在更多元的复合污染,今后可以开展多元复合污染的联合毒理效应研究;另外,大多数研究针对土壤-植物系统,而缺少对土壤-水系统和土壤-大气系统的复合污染研究,这方面仍然需要更多的研究来支撑。将来的研究工作应利用不断发展的生物分子技术进一步开展,在细胞分子水平上,进一步揭示抗生素与重金属的染毒途径及机理。
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