低暴露剂量下油菜对抗生素吸收累积的基因型差异研究 | Environmental Pollution

抗生素作为一种新型环境污染物，其在环境中大量广泛的残留正逐渐引起人们的重视。由于设施菜地中有机粪肥的大量施用，探明抗生素在蔬菜种植过程中的潜在环境风险，对于粪肥还田的资源化安全利用提供了重要的理论依据，对实际蔬菜生产具有重要指导意义。以往的研究中发现植物中抗生素的含量随农业生态系统中抗生素浓度的增大而增大，然而多数研究中抗生素的浓度设置过高，导致植物对抗生素的过高吸收，尤其在土壤中浓度超过兽医协调委员会规定的环境阈值100 μg/kg。

事实上，只有7.46%的土壤样品中抗生素浓度超过了该环境阈值。关于植物暴露于低剂量污染土壤时对抗生素的吸收累积信息较少，妨碍了准确评估施用含有抗生素残留的粪肥生产的蔬菜对人类健康的潜在影响。油菜是一种在亚洲、北美、北欧地区被广泛食用的绿叶蔬菜，目前关于油菜品种对抗生素吸收的研究较少。同时，人们更喜欢食用菜苗，且不同苗龄油菜对污染物的吸收能力不同，因此研究不同品种油菜在不同生长期对抗生素的吸收累积尤为重要。

中国农业大学资源与环境学院孙英教授课题组的研究成果以“The accumulation and distribution of five antibiotics from soil in 12 cultivars of pak choi”为题，发表在国际期刊Environmental Pollution 。

图文摘要

本研究采用盆栽实验，考察12个品种油菜在抗生素低暴露剂量下（对照组20.70 μg kg^-1，处理组135.16 μg kg^-1）对抗生素的吸收累积的基因型差异。油菜生长45天后，抗生素显著抑制了可食部分的长度和主根长度，显著促进了根重，对油菜总重和可食部分重量的影响不显著。处理组中油菜可食部分抗生素的平均浓度（2.74 μg/kg）显著高于对照组（0.93 μg/kg），大约是对照组的3倍。

抗生素对油菜生长的影响，（a）总重，（b）可食部分鲜重，（c）根样鲜重，（d）可食部分长度，（e）主根长，（f）处理组（TG）和对照组（CK）可食部位抗生素浓度

12个油菜品种的可食部分中5种抗生素的平均富集浓度存在显著差异（p < 0.05）。在对照组中，12个油菜品种中抗生素的平均浓度范围为0.08-2.25 μg/kg。在处理组中，12个油菜品种中抗生素的平均浓度范围为1.46-4.26 μg/kg。品种Y9和Y4的可食部分对抗生素的累积浓度最低，品种Y1和Y2的可食部分对抗生素的累积浓度最高。品种间形态、根系分泌物和根际微生物等差异均可能导致油菜品种对抗生素的富集差异。

12个品种油菜中可食用部分抗生素的箱式图

5种抗生素的富集能力依次为磺胺甲氧哒嗪>诺氟沙星、盐酸二氟沙星和四环素>氧氟沙星。磺胺甲氧哒嗪的溶解度为11 g/L（25℃）远高于氧氟沙星（0.18 g/L，25℃），磺胺甲氧哒嗪的有机质归一化吸附系数（lg Koc）为1.67，远低于氧氟沙星（4.64）（表1），证明土壤中抗生素的流动性和吸附性影响了植物的生物利用度。

5个抗生素在油菜可食部分的富集系数（BCF）

在不同生长期的研究中发现，四环素和盐酸二氟沙星在根样和可食部分中的浓度均随生长时间的增加而增加，且45天内的富集速率显著高于25天内的富集速率，说明生长后期四环素和盐酸二氟沙星的富集速度快，原因可能是根表面积的增加导致四环素和盐酸二氟沙星的在根表面的吸附量显著增加，进而对转移产生积极影响。磺胺甲氧哒嗪和氧氟沙星在整个生长期浓度变化不大，而氧氟沙星在根中25天内的累积速率显著高于45天内，说明前25天可能是氧氟沙星的快速吸收富集阶段。根样中诺氟沙星的浓度随生长时间的增加而增加，但可食部分中的浓度随生长时间的增加而降低，可能是由于生长稀释、原位分解代谢或转化过程的影响。

品种Y12地上部分和根样中抗生素浓度（a）对照组，（b）处理组和富集速率（c）对照组，（d）处理组。不同字母表示具有显著性差异(p < 0.05)

采用估计MRLs值对油菜中的抗生素进行风险评估发现，磺胺甲氧哒嗪、四环素和盐酸二氟沙星不存在食用风险，而诺氟沙星和氧氟沙星由于国内禁止其在食品动物中使用和检出，故油菜中的诺氟沙星和氧氟沙星存在一定食用风险，另外，农田系统中抗生素抗性基因的诱导和传播亦不容忽视。因此，建立农业生态系统（包括粪肥、土壤和蔬菜）中抗生素的残留标准迫在眉睫。另外，为保证食品安全，应关注抗生素污染土壤的控制及抗生素从土壤向植物的传递。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113115

联系作者：

孙英，教授，中国农业大学资源与环境学院，Email：sunying@cau.edu.cn