抗生素对畜禽粪便和天然水体中雌激素雌酮及其3-硫酸共轭物降解转化的影响

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雌激素是一类重要的内分泌干扰物,在低浓度条件下就可以干扰鱼类及其他野生动物的内分泌系统。由于肠道作用,少量雌激素以自由态的形式从粪便中排出,但大多数雌激素以共轭物的形式通过尿液从体内排出,因此,在畜禽粪尿中往往含有大量雌激素共轭物。畜禽粪尿的另一个特点是含有抗生素。抗生素除被用于治疗人类疾病外,还常被用于畜禽和水产养殖业以防治动物疾病和促进动物生长。抗生素被摄入后,只有很少一部分被吸收,大部分以母体或代谢物的形式排出。当动物粪尿被用作肥料时,雌激素共轭物和抗生素就随之进入土壤,经雨水的冲刷作用,还可能进入水体,从而对天然水体造成污染。水体中雌激素共轭物和抗生素的另一来源是污水处理厂出水,由于污水处理厂的不完全去除,雌激素共轭物及抗生素会随出水进入受纳水体中。因此,研究雌激素共轭物在粪便及水体中的归趋具有重要意义。由于环境介质复杂,研究雌激素共轭物归趋时往往需要对样品进行大量的前处理,导致回收率差。而且由于检测手段的局限性,实验中加入的样品浓度往往大于环境中的实际浓度,很难反映共轭物在环境中归趋的真实情况。采用14C示踪技术可以减少前处理过程并减少实验中使用的污染物浓度,可以准确定位复杂环境介质中的雌激素共轭物及其代谢产物,为研究雌激素共轭物在环境中的分布及降解转化提供了有效手段。本文以14C-17p-雌二醇(14C-17β-E2)和14C-雌酮(14C-E1)为原料,与三氧化硫一三乙胺复合物反应,制备了14C-雌酮-3-硫酸钾(14C-E1-3S钾盐)、14C-17p-雌二醇-17-硫酸钾(14C-17β-E2-17S钾盐)和14C-17p-雌二醇-3,17-硫酸钾(14C-17β-E2-3,17S钾盐),放射性纯度均>98%,为研究共轭物在环境中的归趋提供了条件。在制备得到同位素标记物的基础上,本文研究了14C-E1-3S钾盐在新鲜猪粪中的降解转化及抗生素对这一过程的影响。结果表明,在实验的35d内,14C-E1-3S在新鲜猪粪中不矿化,但可以降解形成初级代谢产物14C-E1,14C-E1进一步降解转化为次级代谢产物14C-X。由于在第一次取样(24d)时,14C-E1-3S在所有处理组中已降解完全,因而没有观察到抗生素的影响。此外,我们还研究了14C-E1-3S的初级代谢产物14C-E1在猪粪中的降解。结果同样发现,14C-E1在新鲜猪粪中历经35d不矿化,但可以降解为极性较大的代谢产物14C-X。红霉素、硫酸甲恶唑、盐酸土霉素在10ppm和100ppm时均对14C-E1的降解产生抑制,硫酸链霉素在10ppm时对14C-E1降解有抑制作用,但在100ppm时无影响。本文还对E1-3S及E1在玄武湖水样和秦淮河龙江段水样中的降解及抗生素对降解过程的影响进行了研究。结果表明,E1-3S和E1在水体中的降解均为生物作用,水样性质可以通过影响水样中微生物的活性进而对降解速率产生影响。玄武湖水样中,E1-3S在0.5ppm硫酸链霉素处理组中从14d开始降解,至21d实验结束时降解了约40%,在对照及其他抗生素处理组中几乎不降解。在秦淮河水样中,E1-3S在对照组中经5.5d降解完全,1ppm的盐酸土霉素可以强烈抑制E1-3S降解,而1ppm的硫酸链霉素抑制作用较弱。E1在两种水体中均发生了降解,且在秦淮河水中降解快。在玄武湖水样中,盐酸土霉素和硫酸链霉素均表现为高浓度(20ppm)时强烈抑制E1的降解,低浓度时(0.5ppm、5ppm)对E1的降解先抑制后促进。在秦淮河水样中,1ppm的盐酸土霉素和硫酸链霉素对E1降解的抑制作用较弱。后续工作可对雌激素及其共轭物降解转化的机理进行研究,并研究不同因素(如重金属、盐类等)对降解过程的影响。此外,降解菌的分离鉴定也是未来研究的方向。
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