抗生素恩诺沙星和铜复合污染对蚯蚓的毒性效应及其作用机制

Antibiotics and heavy metals, as veterinary medicine and feed additives, were widely used in livestock and poultry industry. Antibiotics and heavy metals were taken into animals through oral or injection, but most of them excreted as prototype or metabolites without absorption, which caused soil pollution and ecosystem security stress. Most of the researches on antibiotics ecological risk focused on microorganism, the target organism. However, some studies showed that antibiotics have also toxic effect on other soil organisms. To assess ecological effect and mechanism of compound pollution of antibiotics and metal comprehensively, this foundation plans to study toxic effect with endpoint of histopathology, cytochrome P450 and metabolomics on earthworm, the soil ecotoxicological diagnostic model organism, under the stress of widely used QNs enrofloxacin and Cu. This research would strengthen the recognition of antibiotics impact on non-target organism, analyze antibiotics and copper environmental behavior and toxic effects in soil, reveal the toxic mechanism of compound pollution, determine the risk threshold, and provide scientific support to assess and control compound pollution of antibiotics and heavy metals.

抗生素和重金属作为兽药和饲料添加剂在畜禽养殖业中广泛使用，通过口服或肌肉注射进入动物体内并不能被完全吸收，通常大部分以药物原形或其代谢物形式随粪尿排出，造成土壤粪源抗生素和重金属污染，威胁着土壤系统的生态安全。以往抗生素生态风险研究主要关注于其靶标生物——微生物，但研究发现抗生素对其他土壤生物类群也存在着毒害作用，为全面评价抗生素的毒性效应，本项目以畜禽养殖广泛使用的喹诺酮类(QNs)抗生素恩诺沙星和重金属铜为供试污染物，以土壤生态毒理研究模式生物蚯蚓为对象，从个体表观组织病理学、细胞色素P450代谢酶以及代谢组学三个层面，综合开展复合污染生态效应及其毒性作用机制研究。加强抗生素对环境非靶标生物的影响识别，分析土壤中抗生素和铜复合污染环境行为和毒性效应，揭示复合污染的毒性作用机制，确定风险阈值，筛选环境污染应答敏感的生物标记物，以期为抗生素和重金属复合污染生态风险评价及控制提供科学依据。

抗生素和重金属作为兽药和饲料添加剂在畜禽养殖业中广泛使用，通过口服或肌肉注射进入动物体内并不能被完全吸收，通常大部分以药物原形或其代谢物形式随粪尿排出，造成土壤粪源抗生素和重金属污染，威胁着土壤系统的生态安全。本项目以恩诺沙星和重金属铜为供试污染物，以抗生素非靶标生物蚯蚓和小麦为对象，从土壤环境化学、生化酶系和代谢组学三个层面，综合开展复合污染生态效应及其毒性作用机制研究。.研究结果显示，两污染物共存增加了土壤对两者的吸附量。土壤中铜能抑制蚯蚓消化酶活性，且与恩诺沙星复合后对消化酶影响仍以抑制效应为主，表现为毒性增加的协同特征。对恩诺沙星代谢中间产物环丙沙星的研究显示，中低剂量铜（低于80 mg/kg）与环丙沙星复合，毒性增强为协同效应；而高剂量铜（200mg/kg）与之复合表现为拮抗特征。说明母体化合物在代谢后与铜在土壤中共存，生态风险略有降低。蚯蚓和小麦均可作为两类污染物的指示生物，但蚯蚓对低浓度污染的指示更为敏感。代谢组研究结果显示，铜对蚯蚓的影响主要表现在干扰甘油酯代谢、甲烷代谢、半乳糖代谢和咖啡因代谢等通路，恩诺沙星干扰甘油酯代谢、甲烷代谢、嘧啶代谢和花生四烯酸代谢等通路，而两污染物复合主要干扰甘油酯代谢、甲烷代谢、甘氨酸、丝氨酸和三氨酸代谢等通路。污染物暴露造成各通路中标志性化合物含量发生改变，进而扰乱其正常的新陈代谢过程而产生毒性效应。另外，两者复合导致蚯蚓新陈代谢被干扰通路和差异代谢物的数量显著减少，而生物标志物下调增多，这可能是造成复合协同效应的原因之一。.综上所述，生物的毒性效应会随着外源污染物的暴露呈现动态变化，因两类污染物会不断进入环境中，导致其富集而呈现“假性持续”现象，对土壤生态系统的靶标和非靶标生物均可产生影响，从而扰乱正常的生态过程。因而，本结果提示两类污染物在土壤生态系统复合暴露的生态风险应引起重视，必须科学前处理牲畜粪便而后施用，以达到安全资源化的目的。