洱海流域畜禽饲料·粪便·土壤中四环素类抗生素残留分析

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  摘要 [目的]研究洱海流域畜禽粪便、饲料和土壤中的四环素类抗生素残留状况。[方法]以云南省洱海流域养殖业链为研究对象,采样分析了11个饲料样品、10个粪便样品、21个土壤样品中土霉素、四环素、金霉素残留状况。[结果]饲料中四环素、土霉素、金霉素的检出率分别为100%、100%、50%,其中猪饲料中土霉素、金霉素含量最高,其次是鸡饲料,奶牛饲料添加的抗生素相对较低;粪样中土霉素检出率为100%,四环素检出率为80%,金霉素检出率为90%,其中鸡粪中残留的抗生素最高;土壤抗生素残留较低,金霉素的检出率为66.6%,四环素、土霉素均未检出。[结论]洱海流域养殖业残留抗生素对环境和人体健康的风险较低。
  关键词 洱海流域;畜禽粪便;土壤;四环素类抗生素;抗生素残留
  中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)18-0070-03
  Abstract [Objective]To study the status of residue of tetracyclines antibiotics in livestock manures,feed and soil in ErhaiLake Basin.[Method]Taking the breeding industry chain as a case,some samples were collected in Erhai Lake in Yunnan Province,including 11 samples of feed,10 samples of livestock and poultry manures,21 samples of soil.The residue of oxytetracycline,tetracycline,and chlortetracycline were analyzed.[Result]The results showed that the detection rate of tetracycline,oxytetracycline and chlortetracycline were 100%,100%,50% in the feed.The contents of oxytetracycline and chlortetracycline in pig feeds were the highest.The contents in chicken feeds and dairy cattle feeds were relatively low.In the samples of livestock and poultry manures,the detection rate of oxytetracycline was 100%,the detection rate of tetracycline was 80%,while the detection rate of chlortetracycline was 90%.The residue of the antibiotics in chicken manures was the highest and the residue of the antibiotics in soil was relatively low.The detection rate of the chlortetracycline was 66.6%,the oxytetracycline and tetracycline were not detected in chicken manures.[Conclusion]This research indicated there is a lower risk of antibiotic conta mination in ErhaiLake Basin.
  Key words ErhaiLake Basin;Livestock and poultry manure;Soil;Tetracyclines antibiotics;The residues of antibiotics
  抗生素被廣泛应用于治疗人类疾病、畜禽养殖、水产养殖以及食品加工等方面,其中50% 以上的抗生素用于畜牧业和水产养殖业[1],其不仅能预防与治疗疾病,同时具有促进动物生长、提高饲料利用效率的作用[2]。随着我国畜牧业的发展,抗生素的用量日益增多,我国己成为兽用抗生素的生产与使用大国[3]。
  许多兽用抗生素难以被动物肠胃吸收,通常大部分抗生素以药物原形或其代谢物随粪尿排出,其中30%~90%以母体化合物的形态排出[4-5],部分抗生素可被畜禽吸收后形成代谢产物,但有的代谢物仍然具有生物活性,且随粪便排出后还可转化为母体形态[6],使得动物粪便中抗生素含量普遍较高,并随畜禽粪尿的土地利用等途径而进入环境,成为环境中抗生素的重要来源[3,7]。其中四环素是我国畜禽养殖业中使用量最大的抗生素[3]。
  抗生素及其降解产物的环境效应主要表现在2个方面,一是通过影响环境中各种微生物的种群数量和其他生物(如水生生物、植物、动物等) 的种群结构及营养转移方式,破坏以食物链为联系的生态系统平衡[8],并在食物链生物中蓄积,沿食物链传递进入人体;二是由于抗生素的大量频繁使用及残留,诱导产生了具有忍耐性的抗性菌株,环境致病菌耐药性的增加和扩散,因此,形成了一类新的环境污染物-抗生素抗性基因。抗生素抗性基因具有很高的迁移性和活性,会对人类的公共健康构成潜在威胁[8-9]。因此,近年来,由抗生素引起的細菌抗药性问题引起人们关注,已成为研究热点。
  畜禽粪便作为有机肥应用于农业生产,粪便中残留的抗生素类物质也随着畜禽粪便的利用而进入土壤,反复使用粪肥的土壤中四环素类抗生素具有一定的持久性[10],因此,四环素类抗生素可能在长期使用有机肥的土壤中累积。   洱海流域位于大理白族自治州,随着农业产业结构的调整,洱海流域已成为云南重要的奶牛养殖基地,畜禽粪便年产出量可达200万t,但由于畜禽粪便资源无害化利用技术相对滞后,大量畜禽粪便经传统的农田土壤就地利用[11]。大量的兽用抗生素随畜禽粪便进入土壤环境,可能对洱海流域土壤环境造成污染,进而对当地居民的健康构成潜在威胁。但目前有关洱海流域畜禽粪便及土壤中有关抗生素的研究鲜见报道,抗生素的潜在威胁尚未得到足够的重视。笔者以在畜禽养殖中应用最为广泛的四环素类抗生素为例,分析四环素类抗生素在粪便-土壤的残留状况,对于评价其生态风险、制订相应的污染防治措施有著重要的指導意义。
  1 材料与方法
  1.1 试验材料 四环素(1 mg相当于969单位)、金霉素(94.1%)和土霉素(88.8%)标准品购自中国食品药品检定研究院,乙腈(色谱纯)、甲醇(色谱纯)、磷酸氢二钠、三氯乙酸、草酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、磷酸二氢钠等均为分析纯。
  Themo高效液相色谱仪(U3000,赛默飞世尔),高效液相色谱柱(C18 5μm 120 4.6×150㎜),高速冷冻离心机(12 000 r/min)、超声波清洗机等。标准溶液的配制:称取标准品土霉素10 mg、四环素10 mg、金霉素20 mg溶于100 mL甲醇中配成混合标准液,于4 ℃保存。使用时用甲醇稀释为0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0 mg/L的标准使用液,用甲醇将金霉素稀释为0.2、1.0、2.0、10.0、20.0、40.0 mg/L。
  1.2 样品采集
  以洱海流域不同类型的养殖场作为研究对象,饲料采集包括7种奶牛混合饲料、1种鸡饲料、2种猪饲料、1种肉牛场的混合饲料;粪便采集包括2个养鸡场采样点、3个奶牛场采样点、2家养奶牛的农户家采样点、2个肉牛养殖场采样点和1个猪场采样点;土壤采样点包括施用畜禽粪便的玉米、蔬菜、葡萄等种植地的0~20 cm表层土。所有样品密封后于-18 ℃冷冻保存备用。
  1.3 样品预处理
  称取1.00 g新鲜土样(饲料、粪样)于10 mL试管中,加入3 mL EDTA-Mcllvaine缓冲提取液(0.05 mol/L EDTA+0.06 mol/L Na2HPO4+0.08 mol/L柠檬酸,pH=4±0.05),振荡1 min后超声提取10 min,并以10 000 r/min离心10 min,上清液转入另一离心管,再重复提取2次,合并3次提取液,加入10%三氯乙酸0.5 mL,静置4 h,再次以10 000 r/min离心10 min,上清液转入另一试管中待用。
  HLB小柱先用3 mL甲醇和3 mL蒸馏水活化,流速约2 mL/min,然后将以上提取液过柱,再用5 mL蒸馏水冲洗HLB小柱,再用3 mL 0.01 mol/L草酸甲醇溶液洗脱抗生素,洗脱液在60 ℃条件下水浴加热浓缩至2 mL左右,最后用草酸、乙腈和甲醇混合流动相溶液定容至5 mL待测[12]。
  1.4 样品测定 将标准品和样品依次加入进样瓶中,用高效液相色谱仪(带自动进样器)测定,色谱条件:流动相流速1 mL/min,检测波长355 nm,恒温25 ℃,进样量为25 μL[13]。
  1.5 数据处理 采用高效液相色谱仪自带的“变色龙”软件及Excel 2010处理数据和作图。
  2 结果与分析
  2.1 饲料中四环素、土霉素、金霉素含量
  通过对鸡饲料、牛饲料、猪饲料样品分析发现(图1~3),饲料中四环素、土霉素、金霉素的检出率分别为100%、100%、50%;其中猪饲料中土霉素、金霉素含量最高,明显高于鸡饲料和牛饲料,特别是猪饲料(2)中,土霉素、四环素和金霉素含量均最高;鸡饲料中,金霉素含量较低,四环素含量明显高于牛饲料,低于猪饲料;在牛饲料中,3种四环素类抗生素含量均较低,且多数牛饲料均未检出金霉素。说明该地区的畜禽饲料中猪饲料添加的抗生素较多,而奶牛饲料添加的抗生素相对较低,且添加的抗生素种类也存在较大差异。
  2.2 粪便中四环素、土霉素、金霉素含量 从图4~6可见,在所取粪样中土霉素检出率为100%,鸡粪中,土霉素含量较高,其中鸡粪(2)高达418.31 mg/kg,奶牛粪(4)中土霉素含量达123.13 mg/kg;胡献刚等[14]研究表明,天津畜禽养殖基地粪样中土霉素最高含量达到173.2 mg/kg,而该研究中鸡粪中土霉素最高含量是其2.5倍。四环素检出率为80%,所有粪便样品中鸡粪(2)含量最高,其次是肉牛粪和猪粪样品,而奶牛粪样品中四环素含量相对较低。金霉素检出率为90%,粪便样品金霉素含量在0.60~1.20 mg/kg。而在有的集约化养殖场的猪、鸡粪便中金霉素检出率达到78%,最高残留值达到563.80 mg/kg;四环素和土霉素检出率也高达56%,最高值分别达到34.80和22.70 mg/kg[15]。这可能与各地区不同抗生素的施用量有关。
  同时发现奶牛饲料中有5个样品未检出金霉素,但对应的奶牛粪便中却检出较高的金霉素,是否奶牛还有其他抗生素摄入途径,需要进一步调查研究。
  2.3 土壤中四环素、土霉素、金霉素含量
  由表1可知,在21个土样中,所有样品均未检出土霉素和四环素,在邓川玉米地(3)采样点(施加了有机肥),土壤金霉素含量最高,达5.52 mg/kg,其中有7个土样未检出金霉素,其他14个土样金霉素含量在0.58~2.53 mg/kg。说明采样区域土壤抗生素残留较低,存在的风险较小,这可能与粪肥施用的时间长短有关,土壤中的抗生素可能被降解,其中水解是水体中抗生素降解的重要方式,微生物降解在水环境抗生素的降解中发挥着极为重要作用,一般降解过程会将抗生素分解为二氧化碳和水[16-17]。同时,也与不同种类抗生素在土壤中的半衰期长短有关。   3 结论
  在鸡饲料和猪饲料中,3种四环素类抗生素含量均较高,而奶牛饲料中四环素类抗生素含量相对较低。
  粪样中以鸡粪抗生素残留最高。采样区域土壤抗生素残留较低,抗生素残留风险较小。
  参考文献
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