四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲急性毒性效應(yīng)的比較研究*

趙 也 張辰笈 丁 霜 蔡興隆 潘旭明 陳 瑛

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲急性毒性效應(yīng)的比較研究*

趙 也 張辰笈 丁 霜 蔡興隆 潘旭明 陳 瑛#

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

以3種纖毛蟲為受試原生動物,比較了四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲的急性毒性效應(yīng)。結(jié)果表明：四環(huán)素對浮萍棘尾蟲(Stylonyciialemnae)、尾草履蟲(Parameciumcaudatum)和天藍(lán)喇叭蟲(Stentorcoeruleus)的24h半致死質(zhì)量濃度(24h-LC50)分別為171.025 16、52.361 25、199.356 32mg/L，24h最低有影響質(zhì)量濃度(24h-LOEC)分別為65.168 84、15.199 17、139.370 22mg/L；鹽酸四環(huán)素對浮萍棘尾蟲、尾草履蟲和天藍(lán)喇叭蟲的24h-LC50分別為44.485 66、50.245 83、33.777 69mg/L，24h-LOEC分別為20.031 34、24.671 75、13.444 98mg/L。3種纖毛蟲對四環(huán)素的耐受性強(qiáng)度為天藍(lán)喇叭蟲>浮萍棘尾蟲>尾草履蟲；3種纖毛蟲對鹽酸四環(huán)素的耐受性強(qiáng)度差異不明顯。纖毛蟲對四環(huán)素類抗生素的急性毒性較低，可用作水體環(huán)境中四環(huán)素類抗生素污染的早期監(jiān)測和預(yù)警生物。

纖毛蟲 四環(huán)素 鹽酸四環(huán)素 急性毒性

Abstract: In this paper,three ciliates were selected as experimental subjects,and a wide range of tetracycline and tetracycline hydrochloride were employed to carry out a comparative study of acute toxicity effects. It was showed that the 24 h medial lethal concentrations (24 h-LC50) of tetracycline toStylonyciialemnae，ParameciumcaudatumandStentorcoeruleuswere 171.025 16，52.361 25，199.356 32 mg/L，respectively;the 24 h lowest observed effect concentrations (24 h-LOEC) of tetracycline were 65.168 84，15.199 17，139.370 22 mg/L，respectively. On the other hand,the 24 h-LC50of tetracycline hydrochloride toStylonyciialemnae，ParameciumcaudatumandStentorcoeruleuswere 44.485 66,50.245 83,33.777 69 mg/L，respectively;the 24 h-LOEC were 20.031 34,24.671 75,13.444 98 mg/L，respectively. The results showed that the tolerance of three ciliates to tetracycline was in the following order:Stentorcoeruleus>Stylonyciialemnae>Parameciumcaudatum. The tolerance difference of the three ciliates to tetracycline hydrochloride was not significant. The acute toxicity ofParameciumcaudatumto tetracycline antibiotics was low,so it was suitable to use ciliates for early monitoring and early warning of tetracycline antibiotic contamination in water environments.

Keywords: ciliate; tetracycline; tetracycline hydrochloride; acute toxicity

抗生素是真菌、放線菌或細(xì)菌等微生物在代謝過程中產(chǎn)生的一類具有殺滅或抑制其他微生物的化學(xué)物質(zhì)[1]?？股仡愇镔|(zhì)低劑量使用能夠促進(jìn)畜禽的生長，高劑量使用能夠起到治療疾病的作用，因此在畜禽養(yǎng)殖中廣泛應(yīng)用[2]。我國是四環(huán)素類抗生素生產(chǎn)、銷售和使用大國，該類抗生素是我國使用最多的藥物添加劑[3]。據(jù)報道，在畜禽養(yǎng)殖中使用的四環(huán)素類抗生素有30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)～90%以母體化合物的形式隨糞便排出[4]。近年來，抗生素類物質(zhì)的使用劑量不斷提高，導(dǎo)致抗生素類物質(zhì)在禽畜代謝廢物中大量殘留并排放至水體[5-6]?？股氐拈L期暴露對水生生物產(chǎn)生毒性影響，并通過食物鏈富集、濃縮而傳遞，最終對人類健康造成危害[7]。

目前,四環(huán)素類抗生素對水生生物的生態(tài)毒性研究多以魚類和藻類等多細(xì)胞動物或植物為受試材料,對原生動物的影響研究鮮有報道[8-12]。原生動物以藻類、細(xì)菌及有機(jī)物碎屑為食，絕大多數(shù)原生動物可以充當(dāng)其他多細(xì)胞水生動物的食物，處于食物鏈較底端。原生動物在水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動中具有重要作用，同時原生動物對環(huán)境因子敏感，可將毒性效應(yīng)沿食物鏈傳遞[13]。本研究以3種纖毛蟲為受試原生動物，比較了四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲的急性毒性效應(yīng)，對采用原生動物早期監(jiān)測和預(yù)警水體環(huán)境中四環(huán)素類抗生素污染的可行性進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 試 劑

四環(huán)素、鹽酸四環(huán)素純度均為97%，以蒸餾水作為溶劑配制成質(zhì)量濃度為500 mg/L的原液備用。

1.2 受試生物

浮萍棘尾蟲(Stylonyciialemnae)：多膜綱，下毛目，尖毛科，棘尾蟲屬[14]；尾草履蟲(Parameciumcaudatum)：纖毛綱，膜口目，草履科，草履蟲屬[15]；天藍(lán)喇叭蟲(Stentorcoeruleus)：纖毛綱，緣毛目，喇叭科，喇叭蟲屬[16]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)得到四環(huán)素、鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲適宜的實(shí)驗(yàn)梯度，分別見表1、表2。在細(xì)胞培養(yǎng)板上10個孔洞內(nèi)各放入1只纖毛蟲，并滴入0.5 mL指定濃度的四環(huán)素類抗生素溶液，置于20 ℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，24 h后觀察并記錄纖毛蟲存活個體數(shù)，計算死亡率(N,%)。每個濃度設(shè)置6個平行實(shí)驗(yàn)取平均值。

表1 四環(huán)素對3種纖毛蟲的急性毒性實(shí)驗(yàn)梯度

表2 鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲的急性毒性實(shí)驗(yàn)梯度

1.4 數(shù)據(jù)處理

以纖毛蟲死亡率N為因變量Y，以四環(huán)素類抗生素質(zhì)量濃度(c，mg/L)的對數(shù)值lgc為自變量X，采用Origin 2016軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次函數(shù)回歸分析，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行單因素方差分析法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果分析

2.1 四環(huán)素對3種纖毛蟲的急性毒性效應(yīng)

不同濃度下，四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3數(shù)據(jù)擬合得到N與lgc的回歸方程為Y=119.326 78X-216.463 27(R2=0.993 28)，根據(jù)回歸方程計算得出四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h半致死質(zhì)量濃度(24 h-LC50)為171.025 16 mg/L，其95%置信區(qū)間為145.888 14～200.488 75 mg/L；四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h最低有影響質(zhì)量濃度(24 h-LOEC)為65.168 84 mg/L，其95%置信區(qū)間為55.374 52～76.693 75 mg/L。

表3 四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h急性毒性

不同濃度下，四環(huán)素對尾草履蟲的24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。根據(jù)表4數(shù)據(jù)擬合得到N與lgc的回歸方程為Y=93.076 82X-110.000 28(R2=0.989 25)，由回歸方程計算得出四環(huán)素對尾草履蟲的24 h-LC50為52.361 25 mg/L，其95%置信區(qū)間為41.740 73～65.685 57 mg/L；四環(huán)素對尾草履蟲的24 h-LOEC為15.199 17 mg/L,其95%置信區(qū)間為10.008 55～20.985 05 mg/L。

表4 四環(huán)素對尾草履蟲的24 h急性毒性

不同濃度下，四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。根據(jù)表5數(shù)據(jù)擬合得到N與lgc的回歸方程為Y=321.619 82X-689.606 34(R2=0.983 85)，由回歸方程計算得出天藍(lán)喇叭蟲的24 h-LC50為199.356 32 mg/L，其95%置信區(qū)間為184.072 96～215.908 63 mg/L；四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h-LOEC為139.370 22 mg/L,其95%置信區(qū)間為126.310 66～153.776 51 mg/L。

表5 四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h急性毒性

2.2 鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲的急性毒性效應(yīng)

不同濃度下，鹽酸四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。根據(jù)表6數(shù)據(jù)擬合得到N與lgc的回歸方程為Y=161.869 42X-225.355 38(R2=0.987 41)，由回歸方程計算得出鹽酸四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h-LC50為44.485 66 mg/L，其95%置信區(qū)間為35.736 33～55.377 07 mg/L；四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h-LOEC為20.031 34 mg/L,其95%置信區(qū)間為16.185 64～24.790 20 mg/L。

表6 鹽酸四環(huán)素對浮萍棘尾蟲的24 h急性毒性

不同濃度下，鹽酸四環(huán)素對尾草履蟲的24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。根據(jù)表7數(shù)據(jù)擬合得得到N與lgc的回歸方程為Y=161.869 42X-225.355 38(R2=0.987 41)，由回歸方程計算得出鹽酸四環(huán)素對尾草履蟲的24 h-LC50為50.245 83 mg/L，其95%置信區(qū)間為41.494 45～60.841 51 mg/L；鹽酸四環(huán)素對尾草履蟲的24 h-LOEC為24.671 75 mg/L,其95%置信區(qū)間為20.517 76～29.667 44 mg/L。

表7 鹽酸四環(huán)素對尾草履蟲的24 h急性毒性

不同濃度下，鹽酸四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。根據(jù)表8數(shù)據(jù)擬合得到N與lgc的回歸方程為Y=124.978 56X-141.045 79(R2=0.968 62)，由回歸方程計算得出鹽酸四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h-LC50為33.777 69 mg/L，其95%置信區(qū)間為26.005 19～43.873 27 mg/L；鹽酸四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h-LOEC為13.444 98 mg/L,其95%置信區(qū)間為9.738 23～18.562 65 mg/L。

表8 鹽酸四環(huán)素對天藍(lán)喇叭蟲的24 h急性毒性

2.3 急性毒性分析

在24 h急性毒性實(shí)驗(yàn)中，四環(huán)素對3種纖毛蟲的24 h-LC50數(shù)值比較結(jié)果為天藍(lán)喇叭蟲>浮萍棘尾蟲>尾草履蟲，差異極顯著(P<0.01)，說明3種纖毛蟲對于四環(huán)素的耐受性強(qiáng)度從大到小依次排列為：天藍(lán)喇叭蟲>浮萍棘尾蟲>尾草履蟲。鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲的24-LC50數(shù)值比較結(jié)果為尾草履蟲>浮萍棘尾蟲>天藍(lán)喇叭蟲，但差異不顯著(P>0.05)，說明3種纖毛蟲對于鹽酸四環(huán)素的耐受性總體無差異。四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素對3種纖毛蟲的24 h-LOEC差異顯著性分析結(jié)果與24 h-LC50相同。

WOLLENBERGER等[17]研究發(fā)現(xiàn)四環(huán)素對淡水甲殼動物大型溞無效應(yīng)質(zhì)量濃度為340 mg/L。王慧珠等[18]的研究結(jié)果表明：四環(huán)素對鯽魚和斑馬魚96 h半致死質(zhì)量濃度(96 h-LC50)分別為322.8、406.0 mg/L,對大型溞的48 h 半數(shù)有效質(zhì)量濃度(48 h-EC50)為617.2 mg/L。于振洋等[19]的急性毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鹽酸四環(huán)素對秀麗線蟲的12 h半致死質(zhì)量濃度(12 h-LC50)為167.5 mg/L，24 h-LC50為82.9 mg/L。上述急性毒性結(jié)果均明顯高于本研究中獲得的3種纖毛蟲對四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素的24 h-LC50，說明纖毛蟲對四環(huán)素類抗生素的急性毒性更加敏感，適合對水體環(huán)境中的四環(huán)素類抗生素污染進(jìn)行早期的監(jiān)測和預(yù)警。

3 結(jié)論與展望

(1) 四環(huán)素對浮萍棘尾蟲、尾草履蟲和天藍(lán)喇叭蟲的24 h-LC50分別為171.025 16、52.361 25、199.356 32 mg/L；24 h-LOEC分別為65.168 84、15.199 17、139.370 22 mg/L。鹽酸四環(huán)素對浮萍棘尾蟲、尾草履蟲和天藍(lán)喇叭蟲的24 h-LC50分別為44.485 66、50.245 83、33.777 69 mg/L;24 h-LOEC分別為20.031 34、24.671 75、13.444 98 mg/L。

(2) 3種纖毛蟲對四環(huán)素的耐受性強(qiáng)度為天藍(lán)喇叭蟲>浮萍棘尾蟲>尾草履蟲；3種纖毛蟲對鹽酸四環(huán)素的耐受性強(qiáng)度差異不明顯。3種纖毛蟲對兩種抗生素毒性耐受強(qiáng)度表現(xiàn)不一致，說明四環(huán)素和鹽酸四環(huán)素在纖毛蟲中的代謝途徑可能不同，關(guān)于纖毛蟲對四環(huán)素類抗生素的代謝機(jī)制有待于未來深入研究。

(3) 纖毛蟲對四環(huán)素類抗生素的急性毒性相對敏感，可用于對水體環(huán)境中的四環(huán)素類抗生素污染進(jìn)行早期監(jiān)測和預(yù)警。

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Comparativestudyonacutetoxicityoftetracyclineandtetracyclinehydrochloridetothreeciliates

ZHAOYe，ZHANGChenji，DINGShuang，CAIXinglong，PANXuming，CHENYing.

(CollegeofLifeScienceandTechnology，HarbinNormalUniversity，HarbinHeilongjiang150025)

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.07.005

2017-01-08)

趙 也，女，1990年生，碩士研究生，主要從事原生動物生理生態(tài)學(xué)研究。#

。

*國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.31471950)；黑龍江省博士后資助項(xiàng)目。