（基础兽医学专业论文）磺胺二甲嘧啶及其主要代谢产物在砂质壤土中转归的研究.pdf

摘要 兽药在环境中污染的研究越来越受到广泛重视，这是因为在许多土壤和水域中发现了抗生素 的残留。磺胺类药物也已在排出的农业废水中发现。磺胺二甲嘧啶( s u l f a m e t h a z i n e ，s m 2 ) 是一类 十分重要的兽用药物，广泛应用丁兽医临床以预防或治疗细菌性传染病。近年来磺胺二甲嘧啶在 动物性食品中的残留现象十分严重，各国都对该药制定了严格的残留限量要求。n 4 乙酰化磺胺 二q 懒( n 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n e ，n 4 _ a c e s m 2 ) 是s m 2 在动物体内的主要代谢产物，它可以同母 体化合物一同随动物的粪尿排泄到环境中，对环境造成潜在的威胁。本文以s m 2 及n l a c e - s m 2 为研究对象，系统地开展它们在土壤环境中转化和运移特性的试验研究。 首先，建立了s m 2 及n l a c e s m 2 在十壤中残留分析的高效液相色谱法。土壤样品中的s m 2 及n 4 - a c e s m 2 用碱性n a c i 水溶液提取，s p e 柱净化，反相高效液相色谱测定。添加水平分别 为2 0 9 9 k g 、1 0 0 p gk g 1 和1 0 0 0 p g r g - 1 ，测得s m 2 和n 4 - a c e s m 2 的平均回收率范围分别为8 5 5 3 9 1 9 3 和9 0 0 9 9 5 7 4 。该方法中s m 2 和n l a c e s m 2 的检测限分别为1 5 9 9 k g l l 和 2 p g k g 一。其次，对s m 2 及n 4 - a c e s v 1 2 在水中残留分析的高效液相色谱法进行改进。用乙酸乙 酯提取，旋蒸，过s p e 柱除去土壤基质中色素及其它杂质，反相高效液相色谱测定，在2 0 9 9 l - l 、 l o o g g l o 和1 0 0 0 p g - l 1 添加水平上，其回收率范围分别为8 1 9 8 8 5 0 8 ，8 8 3 3 9 4 4 7 。 基于所建立和改进的试验分析方法，首先，采用批量平衡法，进行了s m 2 及f p - a c e - s m z 在砂质壤土中的吸附特性研究，以f r e n u n d l i c h 吸附等温方程匹配实验数据，分别得到它们的吸附 等温线，从而获得十壤吸附特性参数厨和1 n 。结果表明：s m 2 的厨为1 0 1 3 4 ，1 n 为0 8 9 2 1 ； n 4 a c e s m ，的肠为0 7 2 3 6 ，1 n 为0 ，8 3 3 4 ，其吸附特性可很好地用f r e u n d l i c h 方程加以描述； 接着，在实验室条件f ，利用批培养法开展了s m 2 及n 4 - a c e s m 2 在供试土壤中的降解实验。对 试验数据应用一级降解动力学方程，分别获得了s m 2 及n 4 - a c e s m 2 的微生物降解和化学降解的 一级降解速率常数，结果表明：s m 2 、n 4 _ a c e s m 2 在供试土壤中的降解很快，它们的微生物降 解半衰期t l n 分别为3 4 4d 和i 5 8d ，化学降解半衰期t 1 m 分别为8 9 d 和7 1 2 d ；另外t 降解实验 还揭示出代谢产物n 4 a c e - s m 2 在供试土壤中可部分地转化成母体化台物s m 2 ，这一现象得n t 质谱检测的确定。最后，我们在实验室条件下使崩易混合置换实验装置，对s m 2 及n 4 - a c e - s m 2 在稳定流场饱和砂质壤土中的运移动态开展了实验观测，并以b r 作为示踪溶质，分别获得它们 淋溶动态的穿透曲线。实验结果显示：与示踪溶质相比，s m 2 及n 4 - a c e - s m 2 的穿透曲线都呈现 出非对称和拖尾的形状，它们的出峰时间均滞后山峰高度也降低。这说明：s m 2 及n 4 - a c e s m 2 在土壤中的运移同时伴随吸附和降解作用的发生。质量守恒计算表明：在本文实验条件下s m 2 及n a c e s m 2 在土壤中的回收量分别为1 4 1 9 5 4 1 - t g 和1 2 1 9 4 8 鸺，它们分别占添加量的 9 5 翔7 8 2 3 。 关键词；磺胺二甲嘧啶，n 4 - 乙酰化磺胺一：甲嘧啶，土壤，吸附，降解运移 a b s t r a c t m o r er e c e n t l y , t h e mh a sb e e ng r o w i n gc o n c e ma b o u tv e t e r i n a r ym e d i c i n ec o n t a m i n a t i o no f e n v i r o n m e n t r e s i d u e so f p o t e n t i a l l yh a r m f u lp h a r m a e e t a i c a la n t i b i o t i c sa r ef o u n di ns o i l sa n da d j a c e n t e n v i r o n m a n t a lc o m p a r t m e n t s s u l f o n a m i d e sh a v eb e e nd e t e c t e di nt h ew a s t e w a t e re f f i u e n ta n ds u r f a c e w a t e r o c c u r r e o c ea n dd i s t r i b u t i o no fs u l f a m e t h a z i n ef r o mt h ep h a r m a c e u t i c a li n d u s t r yh a db e e n d e s c r i b e di nw a t e rd o w n g r a d i e n tf r o mac o n t a m i n a t e dl a n d f i l l a n t i m i c r o b i a l s ，s u c ha ss u l f a m e t h a z i n e ， a r ee x c r e t e di n t ot h ee n v i r o n m e n ti na na c t i v ef o r m ，w h i c hc o u l dp o t e n t i a l l ya l t e rt h ep o p u l m i o no f b a c t e r i ai nt h ee n v i r o n m e n to rs e l e c tf o rt h ed e v e l o p m e n to fd r u g - r e s i s t a n tb a c t e r i a , w h i c hc o u l dp o s e t h r e a t st oh u m a nh e a l t h m o r e o v e rt h e yc o u l da f f e c tm o l l u s ki ns o i la n da q u a t i ca n i m a l sa n dp l a n t s t h e a m o u n to fa n t i b i o t i ce x c r e t e db yt h ea n i m a li se s t i m a t e db a s e du p o nt h ea n t i b i o t i cd o s a g er e p o n e db y t h eu c sa n di nt h ef e e da d d i t i v ec o m p e n d i u m ( 2 0 0 0 ) ，a s s u m i n gu pt o9 0p e r c e n to ft h ea d m i n i s t e r e d a n t i b i o t i ci se x c r e t e du n m e t a b o l i z e d b yc o m b i n i n gi n f o r m a t i o no ne n v i r o n m e n t a lf a t ew i t ht h e p r e d i c t e dc o n c e n t r a t i o n s ，a n t i b i o t i c so fs u l f o n a m i d e sa l el i k e l yt h ew a t e rc o n t a m i n a n t s s u l f a m a t h a z i n e i sac o m m o n l ya n t i b i o t i cu s e de x t e n s i v e l yi nf o o dp r o d u c i n ga n i m a l sf o rt h e r a p e u t i ca n dp r o p h y l a c t i c p u r p o s e s m o r er e c e n t l y , t h er e s i d u e o fs u l f a m e t h a z i n ei sv e r ys e r i o u sa n dm a n yc o u n t r i e sh a v e e s t a b l i s h e dah i g e s tt o l e r a n c ef o rs u l f a m i d e sr e s i d u e si ne d i b l ea n i m a l s t i s s u e s s u l f a m e t h a z i n ea n di t s m a i nm e t a b o l i t en 4 - a c e t y t s u l f a m e t h a z i n ec a nb ee x c r e t ew i t hm a n u r ei ne n v i r o n m e n tr e s u l t i n gi nt h e l a t e n tt h r e a tt oi t l a b o r a t o r ys t u d i e sw e r ec o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t es u l f a m e t h a z i n ea n di t sm e t a b o l i t e n 4 a c e t y l - s u l f a m e t h a z i n ew i t hr e g a r dt os o r p t i o n 。d e g r a d a t i o na n dm o b i l i t yi ns a n d yl o a md o n g b e i w a n g b 哟i n g as e n s i t i v eh i g e - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h i cm e t h o sw a sd e v e l o p e df o rt h eq u a n t i t a t i v e d e t e r m i n a t i o no fs u l f a m t h a z i n ea n dn 4a c e t y l s u l f a m e t h a z i n ei nt e s t e ds o i ls a m p l e s s u l f a m e t h a z i n ea n d n a c e t y l s u l f a m e t h a z i n ew e r ee x t r a t e dw i t ha l k a l i n es o d i u mc h l o r i d ea q u e o u ss o l u t i o nf o l l o w e dab y s p ec o l u m nc l e a n - u pp r o c e d u r e t h er e c o v e r i e so fa n a l y s t sw e r ea tf o t i f i e dl e v e lo f2 0 p g k g 1 、 l o o p g k g i 、1 0 0 0 0 9 k g lf r o ms o i ls a m p l ea s s a yr e n g ef r o m8 5 5 3 9 1 9 3 f o rs u l f a m e t h a z i n ea n d 9 0 0 9 9 5 7 4 f o r n 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n e d e t e c t i o n l i m i t so f t h ea s s a ye r ec a c u l a t e d t ob e t h r e e t i m e st h eb a s e l i n en o i s ef r o md r u gf r e es a m p l ea n dt h ed e t e c t i o nl i m i t sw e r e12 p g k g f o rs u l f a m t h a z i n e a n d1 5 p g g 1f o rn 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n e as i m p l ea n dr a p i dh i g i lp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h i c m e t h o sf o rt h e mi nw a t e rs a m p l ew a si m p r o v e d s u l f a m e t h a z i n ea n dn 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n ew e r e e x t r a c t e dw i t he t h y la c e t a t ea n de v a p o r a t e dt od r y n e s sf o l l o w e dw i t ha na l u m i n ac o l u m nc l e a n - u p p r o c e d u r et or e m o v et h ed y ei nt h ep r o f i l ea n do t h e rd i s t u r b i n gm a t e r i a l s s o r p t i o nw a sa d o p t e db yt h eb a t c he q u i l i b r i u mm e t h o da n ds o r p t i o ni s o t h e r m sw e r ef i t t e dt ot h e f r e u n d l i c he q u a t i o n t h es o r p t i o nc o e f f i c i e n t s w e r el o w ( a r er e s p e c t i v e l y1 0 13 4a n d0 7 2 3 6 ) t h e d e g r a d a t i o ns t u d i e so fs u l f a m e t h a z i n ea n dn 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n eh a v eb e e np e r f o r m e d t h er e s u l t s h a v ea l s os u g g e s t e dt h a tt h e i rd e g r a d a t i o nw e r ef a s tb o t hi nb i o d e g r a d a t i o na n dc h e m i c a ld e g r a d a t i o n t h eh a l f - l i f e ( t l n ) i ss h o r ti nb i o d e g r a d a t i o nw i t h3 4 4 df o rs u l f a m e t h a z i n ea n d1 5 8df o r n - a c e 日1 s u l f a m e t h a z i n e ，w h i l e i ti sl i t t l e l o n g e r i nc h e m i c a ld e g r a d a t i o nw i t h8 , 9 3df o r s u l f a m e t h a z i n ea n d7 1 2df o rn 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n e m o r e o v e r , i nt h i ss t u d y , w eh a v eo b s e r v e dt h a t n 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n e ( t h em a j o rm e t a b o l i t eo fs u l f a m e t h a z i n e ) h a dt h et e n d e n c yt ot r a n s f o r mi n t o s u l f a m e t h a z i n ei nt e s ts o i lu n d e rt h el a bc o t d i t i o n m o v e m e n to fs u l f a m e t h a z i n ea n d n 4 a c e t y l s u l f a m e t h a z i n eu s i n gab r o m i d et r a c e rw a ss t u d i e d i np a c k e ds o i lc o l u m n si n p e x i g l a s c y l i n d e r s ( a b o u t5c mi n t e r n a ld i a m e t e r ，3 0c ml o n g ) w i t ht e s t s o i l ，b o t ho ft h eb t c sf o r s u t f a m e t h a z i n ea n dn 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n ew e r ea s y m m e t r i c a lw i t hat a i lc o m p a r e dw i t ht h eb r o m i d e t r a c e r s t h et i m e so f t h e i rp e a k sw e r el a t e ra n dt h eh i g h t ho f t h e i rp e a k sw e r el o w e rt h a nt r a c e r s t h e r e s u l t sf r o ml e a c he x p e r i m e n t si n d i c a t e dt h a tt h e s es u b s t a n c e sw e r eh i g h l ym o b i l ea n dt h e i rl e a c h e si n t e s ts o i lw e r ea c c o m p a n i e db ys o r p t i o na n dd e g r a d a t i o n c a l c u l a t i o no fc o n s e r v a t i o no fm a s ss h o w e d t h a tt h er e s c o v e r i e so fs u l f a m e t h a z i n ea n dn 4 - a c e t y l s u l f a m e t h a z i n ef r o mt h ep a c k e ds o i lc o l u m n sw e r e r e s p e c t i v e l y9 5 8 6 2 6 a n d7 8 2 3 2 1 。 v e t e r i n a r ym e d i c i n e sa t ew i d e l yu s e df o rt h et h e r a p yo fd i s e a s e so rg r o w t h p r o m o t i n gp u r p o s e s a f t e ra d m i n i s t r a t i o n ，r e s i d u e so ft h e mc a ne n t e rt h ee n v i r o n m e n tb yan u m b e ro fe x p o s u r es c e n a r i o s f o ra n i m a l so np a s t u r e ，t h ee x c r e t aw i l lb er e l e a s e dd i r e c t l yt os o i lw h e r e a sf o ri n t e n s i v e l yr e a r e d a n i m a l s ，t h em a i nr o u t eo fe n t r yw i l lb et h r o u g hs l u r r ya n dm a n u r es p r e a d i n g a c c o r d i n gt ot h er a t eo f d e g r a d a t i o na n dt h es o r p t i v ep r o p e r t i e s ，am i x t u r eo ft h ep a r e n tc o m p o u n da n dm e t a b o l i t a sm a yr e a c h t h ea q u a t i ce n v i r o n m e n tt h r o u g hs u r f a c er u n o f f o rl e a c h i n gt h r o u g ht h es o i lp r o f i l ew i t ht h ep l e n t i f u l l y a p p l i c a t i o na n dt h er e l e a s eo ft h e m ，a si ti st h ec a s ef o rm a n yo t h e rc h e m i c a lc o n t a m i n a n t s ，e g ，s o m e p e s t i c i d e s ，d i s s i p a t e di nt h es o i le n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：s u l f a m e t h a z i n e ，n - 叠c e t y l s h i 妇m e t h a z i n e ，s o i l ，a d s o r p t i o n ，d e g r a d a t i o n ，l e a c h i n g s m 2 n 4 a c e s m ， 肝 l n t i 2 s p e u h p l c u v m a s ss p e c t r u m k w s w b c f l c m s o e c d b t c 缩略词和符号 v 1 磺胺二甲嘧啶 n 4 - 乙酰化磺胺二甲嘧啶 f r e n t m d l i c h 方程吸附特性参数 f r e n u n d l i c h 方程吸附特性参数 土壤中降解半衰期 固相萃取柱 降解速率常数 高效液相色谱紫外检测 质谱检测 正辛醇，水分配系数 水溶解度 生物富积系数 液一质联用仪 巴黎经济合作与发展组织 淋溶穿透曲线 独创性声明 本人声明所呈交的沦文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为抉得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名；缸锄溺时间：z 巧年f 月衫日 t 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有救保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：丢锄历时凤d 年办日 导师签名 i 炒乏炒 叫间：2 0 年月，h 第一章绪论 1 磺胺类药物理化性质和抗菌作用 磺胺类( s u l f a m i d e ss a s ) 药物是在畜牧兽医临床上应用晟广的药物之一，于2 0 世纪发现 并开始应用的。该娄药物均为氨苯磺胺类衍生物，化学结构与对氨基苯甲酸相似，与其竞争结合 = 氢叶醴合成酶，干扰细菌的酶系统对对氨基苯甲酸的利用从而阻断四氢叶酸的台成，抑制细 菌的生长，分子结构见圈1 1 s a s 的抗菌活性依赖于磺酰胺基对位氨基( n 4 ) 上的凡基团和磺 酰胺基韵r i 集团。若被羧酸取代为酰胺化台物，! l l i l 失去抗菌作用此化台物若经求解释放出 游离氨基，即可恢复抗菌活性。若酰胺基团上的r i 被杂环取代，则抗苗活性显著增强，可得到 一些重要的磺胺药，磺胺= 甲嘧啶( s u l f a m e t h a z i n e ，s m 2 ) 即为r l 集团被杂环取代其结构如图 1 - 2 。$ 1 v b 在动物体内主要的代谢产物为n 4 - a c e - s m 2 ，其结构就是对位氪基的乙酰亿，是在动物 体内由n 乙酰基转移酶和乙酰辅酶a 共同催化完成的，其结构如盟i - 3 。s a s 困含芳伯胺基和磺 酰胺基而呈酸碱两性，可溶解于酸碱溶液中。大部分s a s 的p k a 在5 8 范围内，等电点为3 一v 5 ， s m 2 的p k a 7 a ，n a c e - $ m 2 的p k a 为7 1 圈i - 1s a s 分子结构式 晰酬苕 晡量州。刚g 晰 s 码川岍 州甘鼢洲0 c h 3 3 圈1 - 2 黛胺二甲畸啶分子结构式 圈1 - 3n 4 己醣化磺胺- - q j 嘧啶分子结构式 s a s 抗菌谱广，对溶血性链球菌、太肠杆菌、沙氏菌、脑膜炎球菌、产气杆菌及变形轩菌 均有效，抗球虫且价廉易得哪，因此在全球兽医和畜牧业上得到了广泛的应用。1 9 9 7 年s a s 在 欧洲是第五类最r 泛使用的兽用抗微生物药。其数量占兽用抗微生物药销售量的2 。而在英国 和新西兰s a s 是第二类使用最广的药物，每年其销售量分别为2 1 和2 5 ”l 。s m 2 是s a s 类药 物中一种很重要的化学精疗药物。广泛添加于家畜饲料，用于预防和治疗细苗性感染。s m z 具有 独特的理化性质和生物学特性，是医药学、畜牧兽医学中应片j 的最广的治疗药物之一e 在畜牧兽 医临床上应用方面，还被添加到饲料中，用于家禽，家畜和水产动物舫痛及促生长。在动物体内 s m 2 血浆半衰期小于8 小时大多以原形排出动物体外。其主要的代谢方式为乙酰化和羟化。多 数动物均以乙酰化消除，如猪、兔等。6 1 。 2 国内外研究现状分析 由于s a s 存在动物性食品和饲料残留等问题，特别是研究发现磺胺二甲嘧啶能够引起啮齿类 动物的甲状腺囊泡肿瘤，而其它的磺胺类药物可以引起人类的过敏性反应，另外抗微生物药的耐 药性问题也越来越引起人们的广泛关注。近几十年来世界各相关研究机构针对s a s 在动物可食 用组织、蛋、奶及饲料中的残留检测建立了系统两全面的研究。方法包括光谱法和色谱法1 7 , 8 、薄 层色谱法怫”j 、毛细管电泳法i l ”、气相色谱法、【1 ”气相色谱一质谱联机、高效液相色谱法、高效 液相色谱一质谱联机等方法。其中 - i p l c 方法应用采用的最多。酶联免疫技术( e l i s a ) 和免疫 亲和萃取拄( i a c ) 由于其高度选择性和灵敏性在s m 2 残留分析中得到了较多的应用j 。 尽管对s m 2 的残留检测方法很多，包括在不同动物、动物不同组织当中以不同的分析方法进 行检测分析，但对s m 2 在环境中的检测方法却较少。j e n ( 1 9 9 8 ) 等建立了七种s a s ( 包括s m 2 ) 药物在猪废水当中的h p l c - u v 残留检测方法。用乙酸乙酯提取、o d s 柱分离、u v 检测。该方法 可以定量分析猪废水中七种s a s ，定量范围为0 0 5 p p m 一1 0 p p m 之间。s m 2 的检测限为1 5 p p b l l 】。 m i c h e l ( 2 0 0 2 ) 等建立了s a s 及三甲氧苄胺嘧啶在动物粪肥中的残留的定量分析方法。并对来自 新西兰使用过饲料添加剂的农场的六份粪肥样本进行了分析。该方法采用液液分配提取， l c m s 检测。该方法定量范围广为0 1 1 0 p p m ，定量限低于0 1 p p m ，其中s m 2 的回收率为8 9 ， n 4 - a c e - s m 2 的回收率为8 8 。该实验还通过调节纯水和肥料的n h 值来提取药物。发现在水中随 着p h 的增高回收率下降，在p h 为5 0 7 0 时对s m 2 、n 4 a c e s m 2 的回收率最高。而在肥料中则 情况恰好相反。p h i 9 o 时回收率最高i ”j 。柏林技术大学t h o m a s ( 2 0 0 3 ) 的一篇报告中提至4 建立 了一种l c m s m s 的方法检测水中包括s i 在内的抗微生物药的方法。h o u ( 2 0 0 3 ) 建立了水中的 s m 2 、n 4 - a c e s m 2 的h p l c u v 的检测方法，检测限1 0 p p b ，1 0 0 p p b 时添加回收率分别为9 5 7 、 9 5 2 i 。t h o r s t e n 等分别对抗微生物药在地下水、土壤和肥料中残留进行了检测。利用l c - m s m s 的方法检测了水中的抗微生物药的残留，并利用h p l c 和e l i s a 方法对抗微生物药在土中和肥料 中的残留进行了检测。其水中方法的检测限为2 5 n 瓠g ，并在来自不同季节的水样检测时发现s m 2 在自然水样本中的浓度可以达到o 1 一o 3 p p b 。而在粪肥和土壤中s m 2 的浓度分别为p p m 级和p p b 级。p f e i f e r - t h o m a s 等用h p l c 分离以a p c i - - m s 检钡, j s a s 及增效剂在粪肥中残留，s m 2 的平均回收 率为7 7 2 ，定量限较高为5 m u # k g 。g r a n t 等( 2 0 0 3 ) 建立了一种非常敏感的方法同时检测s m 2 及n 4 - a c e s m 2 在环境样本中的检测。该方法利用s p l e 柱结合i v l a l d i t o f m s 能够快速检测s m 2 及n 4 - a c e - s m 2 在土、水及粪肥中的残留，大约l ，5 个小时就可以完成8 - 2 4 个样本的富积、探测和 处理质谱。能够完) 茈s m 2 和n 4 - a c e s m 2 在环境样本中低p p b 级的检出和定量。但回收率很低l l 。1 。 h i r s c h 等在地下水的研究中报道了检测磺胺类药物的浓度大于0 1 峙l 。m i c h e t e 等建立了种超 灵敏的检测方法来检测水中的包括磺胺二甲嘧啶在内的六种磺胺类药物，该方法添加e d t a 在含 有抗微生物药的水样中提取并用h l b 固相萃取柱净化以阳离子电喷雾l c m s 定性，其定量限为 0 1 “叽。并对来自全美的1 4 4 个水样( 包括地下水、河水、湖水及表面水) 进行了检测，发现了 七个水样中含有低浓度的磺胺类药物及四环素类药物( 峙，l 水平) 1 7 1 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 土壤是一个复杂的多介质体系【l ”，通过粪便排到环境中的药物主要被释放在土壤中。s a 。作 为一类医药学和畜牧兽医中应用最广泛的药物之一，国外很早就开始了其环境毒理学方面的研 究。早在1 9 7 6 年c o a t s 就对s a s 类药物在环境中的降解进行了研究，提示s m 2 在鸡粪中的降解很慢 1 1 9 。目前，对抗微生物药在水环境中的出现和检测是一个热点，有很多实验室正在做这方面的工 作，h i r s c h 等最初调查了包括s a s 在内的1 8 种具有代表性的药物在水中山现的情况，发现磺胺甲暖 唑在污水处理器中的浓度可达6 p p b “。w a l t e r ( 2 0 0 3 ) 等对抗微生物药在废水、下水道淤泥和表 面水的出现和转归进行了研究。环境分析表明：在环境中有微最多种抗微生物药出现在医院和很 多其袍废水中并且在污水处理期间可检测到，这些药物并不能完全消除。然而对于兽用抗微生物 药在土壤中的转归、环境行为以及使用一些主要的兽药治疗家畜疾病后的影响方面的信息很难获 得，并且对于环境中兽药的残留的浓度的数据也非常少i ”l 。a l i s t a i r ( 2 0 0 2 ) 等分别在实验室和 田间对磺胺氯h 比嗪( s u l f a c h l o r o p y r i d a z i n e ) 在土壤中的吸附和环境中的转归进行了研究。在该实 验中，为了去除杂质，方法采用了梯度洗脱h p l c 分析样品，在水中的检测限可以达到o 2 5 p p b ， 灵敏度非常高，且在1 0 p p b 时的回收率可达至0 9 9 9 。通过吸附实验和田间实验研究表明，该药物 在土壤中的流动性很高，使用后很快就转移，最终到达表面水中。在该实验中，根据s p a e p e n 和 c v m p 的一致的方针，假设在储存期间既未代谢也未降解，估计磺胺氯吡嗪的使用量为1 2 千克每 公顷时。土壤中的浓度为1 6 m g k g 。尽管一些研究表明s a s 药物在粘土和淤泥等介质中的降解很 慢，但是通过该实验的研究。表明s a s 有可能在砂质壤土中的降解是比较快的”5 ”j ，但在所有公 开的数据库中得不到相关的数据 4 1 。t h i e l e ( 2 0 0 4 ) 做了磺胺类药物在全土中和微粒上的吸附研究。 研究表明几种磺胺类药物在受试土样上的吸附系数很小，础在0 5 - 6 5 之间，s m 2 的局值为2 4 。 且在土壤上的吸附性随土壤理仡性质和有机碳含量以及土壤的p h 的变化而变 社”i 。 目前国内外关于家畜的抗微生物药使用方面的信息都是很有限的，而且得不到关于抗微生 物药在家畜的使用及使用模式公开的信息。从兽药进入水环境的途径来看，它们与农药类似，土 壤的渗滤及生物降解起到很重要的作用”l 。 吸附：a l i s t a i r ( 2 0 0 2 ) 等利用o e c d l 0 6 方针进行磺胺氯吡嗪的批量平衡实验。”研究发现 磺胺氯吡嗪在砂土和壤土中l ( d 值很小，仅为0 9 和1 8 。t h i e l e ( 2 0 0 0 ) 等也报道磺胺毗啶在土壤 中吸附也很弱陋l 。t h i e l ( 2 0 0 4 ) 报道了s a s 对全土与粒度级土吸附，指出五种s a s 的厨在o 5 6 5 之间田i 。另外一种应用于除草作用的磺胺类药物f l u m e t s u l a m 在土壤中的吸附也很弱i 2 6 , 2 7 1 所 有这些研究提示，s a s 在土壤中的吸附性比较弱，即有较强的流动性容易迁移至表面水中。 迁移：a l i s t a i r ( 2 0 0 2 ) 对磺胺氯吡嗪环境行为做了田问实验，实验结果表明磺胺氯毗嗪在 土壤有很高的流动性，使用后会很快地转移到田间排水沟中，最终进入到表面水中1 4 i 。同样是磺 胺类药物的f l u m e t s u l a m 作为一种除草剂其淋溶机理可以借鉴，d a v i d ( 1 9 9 7 ) 做了f l u m e t s u l a m 的吸附和相对流动性的研究。在研究其在土壤中的相对流动性时，利用填充土柱来评价药物穿过 各种受试土壤的相对流动性，结果表明土壤的p h 和有机物含量共同对f l u m e t s u l a m 在土壤中的吸 附和淋溶产生影响口7 】。随着人们对抗微生物药在环境中的扩散和污染的关注，对抗微生物药在环 境中的转归的研究也越来越成为研究的重点。m e r e ( 2 0 0 0 ) 等对包括甲硝唑、喹乙醇、土霉素和 泰勒菌素等四种抗微生物药物的吸附和迁移进行了研究。采用十柱淋溶对它f f 】的移动性进行了研 究。用0 0 1 m 的c a c l 2 溶液预先对土牲饱和，以b r 作为示踪物，土柱上加入1 m l 抗微生物药溶 液( 5 0 0 p g m l 1 ) ，用1 0 6 0 m l 的0 0 1 mc a c l 2 溶液淋溶。用l c m s 对淋出液进行检测分析。结果 表明喹乙醇和甲硝唑很快从包封土柱中穿过，仅比示踪离子晚一些淋出来，喹乙醇和甲硝唑在砂 质壤土中淋溶仅比在砂土中有很轻的延迟。由于较强的吸附特性，四环素和泰勒茁素没有淋出， 3 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 全部留在土柱中“m 。 转化：药物在环境中可以通过物理的、化学的或者生物学的作用改变形态或者转变成另一物 质，水解是有机污染物在水环境中的一种重要的降解途径，在十壤中也存在这种可能。但是一些 研究表明在自然的p h 状况下。s a s 水解的可能性比较小。相关的研究表明s a s 在土壤环境中是 不易降解的口“”】。药物在环境中可以通过相应的酶系统的催化作用而发生生物转化，转变成无毒 或毒性更强的其它物质。区分生物降解和非生物降解的方法是将土壤灭菌处理和不灭菌处理进行 降解的比较实验9 “，而生物降解又可以分为有氧生物降解和无氧生物降解。在环境中还能在微生 物的作用下，发生生物降解。对农药的杀虫剂的研究说明，在朱灭菌的土壤样品中较灭菌的样品 中的降解比较快”“。 3 研究目的和意义 随着集约化养殖的发展，越来越多的兽用抗微生物药被用于治疗和促生长，同时也造成严重 的动物源性食品残留问题，引起全世界人们日益的关注。美国早在6 0 年代就开始关注肉、奶中 的化学物残留p ”。欧、美、日本、澳大利亚、加拿大等目前均己有非常完善的兽药残留监控体系。 我国在这方面的研究工作虽然起步相对较晚，但随着人们对动物性食品需求的增加和出口的需 要，对动物性食品兽药残目的问题已引起普遍关注，制定了“动物性食品中兽药残留最高限量标 准”，并开始建立了兽药残留监控体系。对于兽药在土壤环境中的残留问题，国外从二十世纪七 八十年代就已开始进行研究而我国目前基本缺乏这方面的研究，对化学物环境生态研究主要集 中在化肥、农药、重金属等对土壤生态环境的影响”。 s m 2 广泛用于家畜和家禽，但是k 期大量和不合理的使用，可能在食用组织中的残留对人类 健康造成潜在的威胁p “。小鼠实验表明该药是一种酶抑制剂，大剂量使用会阻断甲状腺激素合成， 刺激甲状腺细胞次级生长m j ，正常控制的缺失引起细胞增殖代偿性增长，因此会造成肿瘤细胞增 长的可能性【3 7 】。低剂量的s m 2 虽然不能引起啮齿类动物激素的失衡，但其潜在的对人类健康造成 的威胁，仍然引起了世界各国的重视。各国都制定了对动物源性食品中s m 2 的最低残留限量要求， 联合国食品法典委员会和f a d 及e u 都规定s a s 在动物组织中残留限量的总量和s m ：的量不得超过 0 1 m g k g 。另一方面，s m 2 在家畜抗微生物感染治疗及在饲料中的大量应用以后，这些药物将以 母体化舍物和代谢产物的形式随尿液和粪便 出体外。在粪池中，代谢产物可能还会转化成母体 化合物s m ，【i q ，这样在环境中仍具有生物活性，因为这些乙酰化的基团在体外酸性条件下，容易 被催化发生水解反应，还原成母体化合物 3 9 1 。兽药在环境中出现和扩散可以是直接的排放，比如 在牧区；也可以是间接的比如在集约化养殖场将粪便用于农田肥料。由于家畜的粪便被用于农田 肥料，抗微生物药及耐药基因随着动物粪便被同时施于农田1 1 “。一旦这些药物被排放到环境当中， 这些兽药就会被土壤吸附，或渗滤到地下水中，或者迁移到表面水中1 4 j ，造成土壤微生物种群发 生变化，耐受茁大量繁殖，成为优势菌。伴随着微生物遗传特性的改变，甚至d n a 的突变，从而 影响土壤和水生生物的生长，甚至残留通