王 虹 蔣衛(wèi)杰 余宏軍 楊學勇

（中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

禽畜廢棄物中的抗生素及其在蔬菜等農(nóng)作物中的富集

王 虹 蔣衛(wèi)杰*余宏軍 楊學勇

（中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

有機肥作為重要的肥源在有機及可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。但是近些年來，抗生素在畜牧業(yè)中的大量使用導致了其在禽畜廢棄物中的過量殘留，這使得抗生素在“飼料—禽糞—土壤”這一環(huán)節(jié)中的積累逐漸加重，并通過植物的吸收等方式進入食物鏈，從而成為威脅人類健康的潛在因素?？股睾亢芸赡艹蔀椤熬G色壁壘”的重要指標，并成為限制我國蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品出口的因素之一。本文綜述了禽畜廢棄物中的主要抗生素及其降解方式和降解周期，闡述了抗生素對植物生長的影響及在蔬菜等農(nóng)作物中的富集，并進一步探討了今后的研究方向。

抗生素；有機肥料；蔬菜作物；綜述

我國幾千年的農(nóng)業(yè)文明見證了有機肥料在農(nóng)業(yè)中的特殊地位，其在維持土壤肥力、改良土壤結構、提供作物養(yǎng)分等方面起著重要的作用（羅安程和章永松，1999；徐陽春 等，2002；趙月平等，2006；周保 等，2007）。我國有機肥資源豐富，目前每年大約產(chǎn)出 40 億 t有機廢棄物，其中畜禽糞便排放量為26.1億t，可見畜禽廢棄物是我國主要的有機肥源（曹啟民 等，2006）。值得注意的是，目前集約化禽畜養(yǎng)殖場的禽畜糞便已成為商品有機肥的重要來源，長期大量施用此種有機肥將對土壤、環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品等產(chǎn)生嚴重的影響。早前的研究大多集中在禽畜廢棄物中的重金屬及病原菌對土壤、地下水及現(xiàn)存植物的危害上（Giusquiani et al.，1998）。近年來，一些抗生素被用作飼料添加劑及獸藥廣泛應用于畜牧業(yè)的生產(chǎn)。而大量研究表明，多數(shù)抗生素類藥物不能被動物吸收，以原形或活性代謝產(chǎn)物的形式通過糞便排出體外（Kemper，2008），抗生素因此進入農(nóng)業(yè)環(huán)境及食物鏈，成為危害人類身體健康的潛在威脅。這一問題雖已引起相關學者和公眾的廣泛關注，但是相關的研究多集中在抗生素的環(huán)境歸屬及其對地下水或地表水體系及魚類養(yǎng)殖中的危害上（孫剛 等，2009）。有關抗生素在“飼料—禽糞—土壤—蔬菜”中的循環(huán)，目前國內(nèi)未見相關的研究報道，國外已有研究表明：植物是可以直接吸收抗生素的（Migliore et al.，2003；Dollive et al.，2007）。因此，一些降解較慢的抗生素（磺胺類、四環(huán)素類等藥物在自然界的降解需6～12個月）很有可能在蔬菜等作物中富集。

1 抗生素在禽畜廢棄物中的殘留

現(xiàn)階段用于豬、牛等禽畜養(yǎng)殖及疾病控制的抗生素主要有四環(huán)素（tetracyclines），包括土霉素（oxytetracycline）及金霉素（chlortetracycline）等，泰樂菌素（tylosin）、磺胺甲嘧啶（sulfamethazine）、氨丙啉（amprolium）、莫能菌素（monensin）、維吉尼霉素（virginiamycin）、青霉素（penicillin）等（de Liguoro et al.，2003；Kumar et al.，2004，2005）。這些抗生素在肥料中的殘留最高可達216 mg·L-1。Kumar等（2005）在4個養(yǎng)豬場取得的豬糞中檢測到氯四環(huán)素及泰樂菌素的濃度分別高達7.73、4.03 mg·L-1，也就是說每公頃施入的5 萬L肥料中可含387 g氯四環(huán)素和202 g泰樂菌素。同樣，在對我國山東、浙江、江蘇等多個省份規(guī)?；B(yǎng)殖場豬糞檢測中發(fā)現(xiàn)，風干豬糞中土霉素和金霉素濃度平均分別為9.09、3.57 mg·kg-1（張樹清 等，2005）。Boehm（1996）及Migliore等（1995）的研究表明，在堆肥過程中，有些抗生素在肥料中相對穩(wěn)定，難降解，進而在農(nóng)田中累積。將禽畜廢棄物施于土壤0～40 cm的表層一段時間以后，在土壤中檢測到了土霉素和金霉素的殘留，其最大濃度分別高達32.3、26.4 mg·kg-1（Hamscher et al.，2002）。

2 抗生素在環(huán)境中的降解方式

抗生素在環(huán)境中的降解是由不同的途徑共同完成的。這些途徑主要有光解、水解等非生物降解及生物降解等。當抗生素對光敏感時，光氧化分解是降解抗生素的主要方式。如喹諾酮（quinolones）、四環(huán)素、硫胺類（sulphonamides）和泰樂菌素等抗生素為光不穩(wěn)定型抗生素，可在光下發(fā)生降解（Turiel et al.，2005）。水解是抗生素在水環(huán)境和土壤中的另外一種非生物降解途徑。各類抗生素中β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類和磺胺類易溶于水發(fā)生水解。生物降解是抗生素在土壤中降解的主要途徑，土壤中的光合菌、乳酸菌、放線菌等微生物或者植物體可使抗生素發(fā)生降解，從而使抗生素的組成部分最終轉化為沒有生物毒性的無機或有機小分子。

3 抗生素在禽畜廢棄物中的降解周期

禽畜排泄的抗生素多集中在其糞便中（Loke et al.，2002；Kolz et al.，2005a，2005b）。Boxall等（2003）報道了幾種抗生素在肥料中的半衰期。其中，氨基糖苷類的半衰期為30 d，β-內(nèi)酰胺類為5 d，大環(huán)內(nèi)酯類的半衰期為2～21 d，磺胺類的半衰期為8～30 d，而喹諾酮類和四環(huán)素類抗生素的半衰期為100 d。由此可以看出雖然有一部分抗生素的半衰期較短，其在堆肥過程中即可發(fā)生降解，但是也有一些抗生素的半衰期較長，可在肥料中殘留，從而被蔬菜等作物吸收。Kolz等（2005a，2005b）在 22 ℃條件下測定了肥料中抗生素的殘留情況，研究發(fā)現(xiàn)，在厭氧條件下，90 %最初添加在肥料中的泰樂菌素（B和D）經(jīng)過30～130 h可發(fā)生降解，而將其暴露于空氣中時，經(jīng)過12～26 h后，90 %的泰樂菌素即可發(fā)生降解。雖然泰樂菌素可以通過生物及非生物等方式發(fā)生降解，但也有相當一部分通過吸附等方式殘留在肥料及土壤中。在堆置8個月的肥料中仍可檢測到泰樂菌素及其降解產(chǎn)物的殘留。很多學者的研究表明四環(huán)素類抗生素的半衰期較長，其在土壤及肥料中的殘留量一般都高于大環(huán)內(nèi)酯類、β-內(nèi)酰胺類及磺胺類抗生素（Gavalchin ＆Katz，1994；Boxall et al.，2003）。此外，抗生素的降解還受土壤pH及溫度的影響。如氯四環(huán)素于4、20、30 ℃的條件下在雞糞與沙土的混合物中處理30 d后，其殘余量分別為100 %、88 %、44 %（Gavalchin ＆ Katz，1994）。大環(huán)內(nèi)酯和磺胺類在中性條件下降解慢，而β-內(nèi)酰胺類在弱酸性至堿性條件下的降解速度都相當快（Volmer ＆ Hui，1998）。

4 抗生素對蔬菜等植物的生長影響及可能危害

迄今為止，抗生素對作物危害的研究非常有限（Migliore et al.，2003；Kong et al.，2007）。土壤中抗生素對植物的影響則根據(jù)抗生素種類、使用濃度及其在土壤中的吸附動力學及遷移率不同而有很大差異（Batchelder，1982；Jjemba，2002）。土霉素及氯四環(huán)素影響了菜豆的生長，導致了植株質(zhì)量的降低，并影響植株對Ca、K及Mg的吸收；但是在同樣條件下，相同濃度的土霉素及氯四環(huán)素處理則促進了蘿卜和小麥的生長，玉米生長則不受這兩種抗生素的影響（Batchelder，1982）。Migliore等（2003）在研究抗生素對黃瓜、萵苣、菜豆和蘿卜生長影響的試驗中發(fā)現(xiàn)，低濃度恩氟沙星（50～100 μg·L-1）促進了這 4種蔬菜的生長，高濃度則顯著抑制了這 4種蔬菜主根、胚軸及子葉的長度，降低了葉片數(shù)量，其中對根的抑制效果最明顯。用含有 400 mg·kg-1的四環(huán)素處理猩猩木的幼芽后，植株分生枝的生長受到抑制，從而使嫁接后的植株進行單軸生長。這可能是抗生素抑制了植株原生質(zhì)及發(fā)枝相關酶的活性（Bradel et al.，2000）。一般在園林育苗及種植蔬菜的土壤中施用大量有機肥，而通過有機肥帶入土壤的抗生素可能抑制幼苗發(fā)芽從而影響植物生長?，F(xiàn)有的研究雖不能明確抗生素對植物生長危害的機制，但 Migliore等（1998）推測，抗生素對植物的毒性可能是植物體內(nèi)該物質(zhì)與葉酸相互競爭的結果，葉酸與嘌呤合成有關，而嘌呤是細胞分裂素和脫落酸的前體，因此植物吸收抗生素后降低了對葉酸的吸收，從而影響了其正常的生理功能。

5 抗生素在蔬菜等農(nóng)作物中的富集特點

生長在含有抗生素的土壤及肥料中的植物可在其體內(nèi)累積抗生素。Migliore等（2003）研究表明：黃瓜、萵苣、蘿卜和菜豆對恩氟沙星的吸收具有明顯的累積效應，初始恩氟沙星濃度越高則累積濃度越高，且遠遠高于培養(yǎng)基中的濃度。Dolliver等（2007）研究了在設施條件下，增施含有50、100 mg·L-1的磺胺甲嘧啶的豬糞后，玉米、萵苣及馬鈴薯對該抗生素的吸收情況，結果表明，在此土壤條件下生長45 d的3種作物中均檢測到了磺胺甲嘧啶。

不同植物對不同種類抗生素的吸收和富集的差異很大。一些抗生素可被胡蘿卜的根部、萵苣的葉片（Boxall et al.，2006）及玉米（Kumar et al.，2005；Grote et al.，2007）等作物吸收。玉米、洋蔥和甘藍只吸收氯四環(huán)素而不吸收泰樂菌素（Kumar et al.，2005）。這可能與不同植物吸收和轉運抗生素能力不同有關。植物對不同抗生素吸收量也不同。Dolliver等（2007）研究發(fā)現(xiàn)，玉米、萵苣及馬鈴薯等作物中磺胺甲嘧啶的含量為 0.008～0.100 mg·kg-1（FW），顯著高于 Kumar等（2005）報道的氯四環(huán)素的含量〔0.002～0.014 mg·kg-1（FW）〕及Boxll等（2006）報道的恩氟沙星、氟苯尼考及三甲氧芐二氨嘧啶的含量〔0.003～0.038 mg·kg-1（FW）〕。但是Migliore等（1996）的研究表明另外一種磺胺類抗生素——磺胺二甲氧噠嗪在大麥中的累積為11～19 mg·kg-1（DW），顯著高于 Dolliver等（2007）報道的磺胺甲嘧啶的濃度〔0.1～1.2 mg·kg-1（DW）〕，這可能與Migliore等（1996）所使用的初始抗生素濃度較高有關。

有學者在研究抗生素在植物不同部位的累積中發(fā)現(xiàn)，磺胺甲嘧啶在不同植物組織中的含量0.1～1.2 mg·kg-1（FW）不等（Dolliver et al.，2007）。也有研究表明植物的根中更容易積累抗生素。Migliore等（1995，1996，1998）研究了在土培及培養(yǎng)基條件下300 mg·kg-1的磺胺間二甲氧嘧啶（sulphadhnethoxine）在豌豆、玉米及大麥等作物中的富集情況。研究發(fā)現(xiàn)，在處理10 d和20 d后，葉片及根部的抗生素濃度為1 000～2 000 mg·kg-1（DW）。王瑾等（2008）在長期施用規(guī)模養(yǎng)殖場豬糞及未施豬糞的土壤中種植韭菜后，在其根部檢測出土霉素及金霉素，而對照植株中則未檢測到抗生素的殘留。此外，土壤中的抗生素更容易在直接接觸土壤的塊莖及塊根的外皮中積累。如Boxall等（2006）和Dolliver等（2007）的研究表明，與果實的其他部位相比，蘿卜及馬鈴薯的外皮中抗生素的含量最高，其濃度由外到內(nèi)逐漸降低。

6 植物吸收土壤中的抗生素后對人類健康存在的潛在威脅

現(xiàn)階段的研究還不能明確探明植物中殘留的抗生素對人體的危害。但是人類食用含有大量抗生素的蔬菜及水果后有可能產(chǎn)生以下不良影響。

① 過敏或中毒反應：植物中殘留的抗生素被人類特別是幼兒吸收后，可引起嚴重的過敏現(xiàn)象及中毒反應（Patterson et al.，1995）。此外，同時服用兩種抗生素類物質(zhì)還可在人體內(nèi)產(chǎn)生交互作用，從而進一步危害人類的健康?，F(xiàn)階段的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)動物體內(nèi)的一些大環(huán)內(nèi)酯物可與莫能菌素抗生素相互作用從而導致牲畜死亡（Basaraba et al.，1999）。

② 對抗生素產(chǎn)生抗藥性：人類攝取植物中的抗生素后可能導致病菌對抗生素產(chǎn)生抗藥性，從而增加現(xiàn)有的抗生素治療疾病的難度。這在許多動物的治療中已經(jīng)得到了驗證。例如，與不含抗生素的牛奶喂養(yǎng)的奶牛相比，含抗生素的牛奶喂養(yǎng)的奶牛增加了內(nèi)臟細菌對抗生素的抗藥性，抗藥性隨牛奶中抗生素的濃度增加而增加（Selim ＆ Cullor，1997；Langford et al.，2003）。Shoemaker等（2001）的研究表明，小劑量的四環(huán)素即可作為催化劑引發(fā)不同細菌間水平基因轉移。由此可見，含有抗生素的農(nóng)產(chǎn)品有可能危害人類及動物的健康。

7 總結與展望

蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品是我國主要出口商品之一，蔬菜生產(chǎn)需要大量的有機肥，這使得抗生素在“飼料—禽糞—土壤”這一環(huán)節(jié)中的積累逐漸加重。在抗生素污染的土壤上生長的蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品會富集抗生素已經(jīng)毋庸置疑，但現(xiàn)有的蔬菜質(zhì)量安全指標主要集中在重金屬和農(nóng)藥殘留方面。近年來“綠色壁壘”全球化的快速發(fā)展在一定程度上限制了我國農(nóng)產(chǎn)品的出口，將來抗生素很可能成為影響蔬菜品質(zhì)和出口的一項重要指標；此外，從農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全角度及農(nóng)產(chǎn)品污染角度而言，抗生素使用不當，也將產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染和農(nóng)產(chǎn)品污染問題。因此，加強抗生素在禽畜飼養(yǎng)上使用管理，從源頭控制抗生素的使用量；同時，開展禽畜糞肥無害化生產(chǎn)技術和合理使用技術的開發(fā)與示范，減少抗生素的殘留，進一步完善有機肥料的質(zhì)量安全管理，將更有利于我國出口合格的農(nóng)產(chǎn)品，有利于我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。

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Antibiotics in Livestock Wastes and Its Enrichment in Vegetable Crops

WANG Hong，JIANG Wei-jie*，YU Hong-jun，YANG Xue-yong
（Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China）

Organic fertilizer is one of the most important fertilizer sources and plays an important role in sustainable agriculture production．However，recently a large number of antibiotics used in stockbreeding has led excessive residue in livestock wastes．So the antibiotics were accumulated in the circle of feed-manure-soil and came into the food chain through plants absorption．Therefore they became a potential factor threatening human health．The contents of antibiotics may become important index of‘green barrier’and one of the factors limiting the export of vegetable and other agriculture products produced in China．This paper expounds the major antibiotics in the livestock wastes and their degradation pattens and periods．It also expatiates the effects of antibiotics on plant growth and development，and the enrichment of antibiotics in vegetable crops．In addition，the paper further discusses about the research orientation in the future.

Antibiotics；Manure；Vegetable crops；Review

S63

A

1000-6346（2011）12-0010-06

2010-10-28；接受日期：2010-12-02

國家科技支撐計劃（2011BAD12B01），大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術體系（CARS-25-C-09），天津農(nóng)業(yè)推廣項目（0804120），中央級

公益性科研院所專項資金項目，農(nóng)業(yè)部園藝作物遺傳改良重點開放實驗室項目

王虹，博士，專業(yè)方向：植物分子生物學，E-mail：wanghong3052@yahoo.com.cn

* 通訊作者（Corresponding author）：蔣衛(wèi)杰，研究員，博士生導師，專業(yè)方向：溫室作物生理及無土栽培，E-mail：jiang8797@sina.com