土霉素(Oxytetracycline,OTC)是日常生活中应用广泛、生产使用量大的一种四环素类抗生素。然而在畜禽养殖中,畜禽动物对于土霉素不能完全吸收或代谢,大部分土霉素以母体化合物或其代谢产物的形式排出体外,而且畜禽粪便中的土霉素降解产物的生物活性仍然存在,甚至在一定条件下可以还原为土霉素母体。其中4-差向土霉素(4-epi-O xytctracyclinc,EOTC)为土霉素的一种降解产物。现下四环素类抗生素对植物的生态毒性影响仅局限于表层研究上,对OTC和EOTC的研究更少,尤其是EOTC对植物的毒性研究还未见报道。针对上述问题,本研究以黑土为供试土壤,小白菜为供试植物,探讨OTC和EOTC对小白菜幼苗的生理生化指标的影响,观察小白菜叶肉和根细胞的亚显微结构变化,通过LC/MS确定小白菜体内OTC和EOTC的残留量,对受OTC和EOTC胁迫下的小白菜的响应进行评估,得到的主要结论如下:(1)小白菜种子萌发对OTC和EOTC的响应:OTC和EOTC浓度较低时,对小白菜种子的发芽势和发芽率作用效果不显著。但在高浓度(>50 mg·L-1)时会显著抑制发芽率和发芽势。说明OTC和EOTC在处理浓度为50 mg·L-1时,开始抑制小白菜种子的发芽率和发芽势。(2)小白菜幼苗株高、根长对OTC和EOTC的响应:OTC和EOTC对于小白菜幼苗株高的影响是先促进后抑制,其中OTC和EOTC浓度升高达到100 mg·kg-1时,小白菜的株高与对照相比差异显著。OTC和EOTC抑制了小白菜的根伸长,并且随着浓度升高,抑制效果愈显著。OTC和EOTC对于小白菜幼苗鲜重的影响为低浓度(<5 mg·L-1)显著促进,高浓度(>50 mg·L-1)显著抑制。上述结果表明,在低浓度处理下,小白菜的耐受能力较好,土霉素和差向土霉素对小白菜的抑制作用小于其被小白菜利用的效果。(3)小白菜幼苗叶绿素和类胡萝卜素对OTC和EOTC的响应:OTC和EOTC对小白菜体内的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总和类胡萝卜素呈抑制作用,并且随着土霉素和差向土霉素浓度的升高,抑制作用更加明显。并且施加差向土霉素对小白菜叶绿素及类胡萝卜素的抑制率更高,植物叶片衰老的更快,生态毒性更强。结果表明OTC和EOTC胁迫小白菜时,会伤害叶绿体,降低叶绿素含量,进而使进行光合作用的酶失活或变性,导致光合速率降低,同化物变少。(4)小白菜幼苗抗氧化系统对OTC和EOTC的响应:OTC对于POD活性的影响表现为先促进后抑制,EOTC则始终抑制POD活性;OTC对于CAT活性影响表现为抑制作用,EOTC在低浓度(5 mg·kg-1)时,对CAT活性略微促进,但差异不明显,当浓度升高后CAT活性降低。与土霉素相比,差向土霉素对小白菜CAT活性影响更大。OTC和EOTC对SOD活性起到促进作用。说明在小白菜幼苗受OTC和EOTC胁迫时,启动了自身抗氧化防御能力。(5)小白菜幼苗其他抗性因子对OTC和EOTC的响应:OTC和EOTC对可溶糖的影响整体为促进作用。OTC和EOTC对可溶性蛋白表现为先升高后降低的趋势。OTC和EOTC在低浓度时对小白菜体内脯氨酸影响不显著,在高浓度(100 mg·kg-1)时,OTC和EOTC胁迫下小白菜体内游离脯氨酸增加了 73.81%和85.39%。小白菜体内的丙二醛含量均是随OTC和EOTC浓度的升高而升高。说明了植物在受到逆境胁迫时会产生一系列的应激反应。(6)小白菜幼苗亚显微结构的变化:在吸收了过量的土霉素和差向土霉素之后,植物细胞膜及多种细胞器的膜系统易受损伤。其中主要是植物细胞壁、叶绿体和线粒体发生变化。说明土霉素和差向土霉素对细胞结构和功能产生干扰和破坏,从而对植物产生毒性作用。(7)OTC和EOTC在小白菜体内的累积:随着土壤中土霉素浓度的增加,小白菜叶和根中的累积量也逐渐增多,并且小白菜根中抗生素含量比小白菜叶中含量要高。从富集系数和迁移系数在总体上来看,土霉素<差向土霉素,并且随着OTC和EOTC浓度的增加,土霉素和差向土霉素的富集系数均逐渐减小,而且本试验中富集系数大多<1。出现这个结果的原因可能是,因为小白菜幼苗只培养7d,生长时间短,再加上是土培的培养方式,吸收少,所以富集系数小。另外,植物是很“聪明”的,启动自我防御机制,体内浓度不会随外界污染物浓度升高而持续升高。