隨著全球人口的增長(zhǎng)和極端氣候環(huán)境的影響，人類越來(lái)越需要以可持續(xù)的方式提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量以滿足未來(lái)全球糧食的需求，比如在農(nóng)業(yè)中安全和可持續(xù)地再利用有機(jī)肥料和廢物基肥料。目前安全使用糞便、污水污泥和城市有機(jī)廢物作為施肥產(chǎn)品越來(lái)越受到關(guān)注，同時(shí)也存在比如生物固體和/或糞便中的抗生素?(ABs)或殺菌劑等對(duì)環(huán)境、農(nóng)業(yè)和人類健康造成影響的問(wèn)題。目前盆栽/實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的研究表明，ABs在農(nóng)業(yè)中的存在可能有改變植物表型(如生物量生產(chǎn)、芽和根生長(zhǎng))和生理(如氮代謝、氧化代謝和光合成)的潛力，然而沒有證據(jù)表明真實(shí)的田間規(guī)模條件、土壤和重復(fù)施肥策略會(huì)如何影響作物和人類健康。

2022年4月30日，西班牙V. Matamoros團(tuán)隊(duì)在Journal of Hazardous Materials（IF 10.588）上在線發(fā)表了題為“Occurrence of antibiotics in Lettuce (Lactuca sativa L.) and Radish (Raphanus sativus L.) following organic soil fertilisation under plot-scale conditions: Crop and human health implications”的文章。該文使用不同施肥產(chǎn)品處理兩種蔬菜（生菜和蘿卜），并在兩個(gè)生產(chǎn)周期中測(cè)量了肥料和農(nóng)作物中 的ABs和 AB 轉(zhuǎn)化產(chǎn)物 (TPs)。此外，還使用植物代謝組和轉(zhuǎn)錄組方法研究了不同施肥產(chǎn)品處理對(duì)作物的影響，并評(píng)估了人類健康風(fēng)險(xiǎn)。

研究材料

葉片和根

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?技術(shù)路線

步驟1：施肥產(chǎn)品中抗生素的分析；

步驟2：植物對(duì) ABs 的吸收研究；

步驟3：植物農(nóng)藝變化研究；

步驟4：植物代謝組研究；

步驟5：植物基因表達(dá)研究；

步驟6：人類健康影響研究。

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?研究結(jié)果

1. 施肥產(chǎn)品中抗生素的分析

文章使用了不同施肥產(chǎn)品包括豬糞 (PS)、污水污泥(SS) 、城市固體廢物有機(jī)部分(OFMSW) 和化肥 (CF) 處理土壤，然后種植植物進(jìn)行研究（圖1）。首先檢測(cè)了不同施肥產(chǎn)品的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)ABs 的豐度取決于施肥產(chǎn)品本身，但也取決于采樣時(shí)間（第一個(gè)或第二個(gè)生產(chǎn)周期）。如ABs在SS肥料中檢出率高于PS，而在OFMSW中未檢出。施肥產(chǎn)品中最豐富的ABs (至少一個(gè)生產(chǎn)周期為1000 ng/g fw)是林可霉素、環(huán)丙沙星、氧氟沙星、恩諾沙星和強(qiáng)力霉素。

2. 植物對(duì) ABs 的吸收研究

作者研究了使用不同土壤施肥策略后蔬菜中 ABs的濃度, 發(fā)現(xiàn)在施肥產(chǎn)品中檢測(cè)到 12 種ABs，但在 PS 和 SS 施肥后的作物中僅檢測(cè)到 2 - 9 種，還鑒定了 6 個(gè) TPs，而OFMSW和CF施肥的蔬菜中ABs未檢出。在第一個(gè)和第二個(gè)生產(chǎn)周期之間，用 SS 和 PS 施肥的兩種蔬菜中ABs平均濃度略有增加，表明重復(fù)的土壤施肥并沒有顯著增加植物對(duì) ABs 的吸收。層次聚類分析表明蘿卜和生菜可食用部位（根和葉）中的ABs濃度差異跟抗生素和蔬菜種類密切相關(guān)（圖2）。

3. 植物農(nóng)藝變化研究

與CF施肥相比，不同施肥產(chǎn)品改良的土壤中生長(zhǎng)的蔬菜的農(nóng)藝參數(shù)發(fā)生了變化，比如葉子的數(shù)量和長(zhǎng)度在作物種類和季節(jié)之間不同，?但除了OFMSW，其他肥料產(chǎn)生的葉子在數(shù)量和長(zhǎng)度上與用作參考的 CF 相似。總體而言，農(nóng)藝學(xué)結(jié)果與之前溫室研究中發(fā)現(xiàn)的結(jié)果相似，這表明在 SS 和 PS 肥料以及用這些肥料種植的生菜和蘿卜可食用部分中存在更多的 ABs，不會(huì)對(duì)作物形態(tài)產(chǎn)生負(fù)面影響，但ABs如OTC對(duì)蘿卜根生長(zhǎng)的積極作用不容忽視（圖3）。

4. 植物代謝組研究

植物代謝組研究發(fā)現(xiàn)使用不同的施肥產(chǎn)品種植的生菜會(huì)產(chǎn)生比較大的代謝變化，包括糖、有機(jī)酸、氨基酸。具體來(lái)說(shuō)用OFMSW施肥的生菜比用CF施肥的生菜表現(xiàn)出更多的代謝物變化(24種)，而用SS和PS則分別只有5和4種代謝物發(fā)生變化，表明OFMSW 施肥的生菜比用其他肥料施肥的生菜暴露在更大的壓力條件下，也與這些生菜的較低重量和長(zhǎng)度一致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)SS、PS 和 OFMSW 施肥后生菜中多巴胺的含量明顯高于CF 組，表明多巴胺可作為土壤施肥產(chǎn)品施用時(shí)生菜代謝的生物標(biāo)志物，而且植物代謝相關(guān)性分析表明代謝變化與 ABs豐度之間沒有聯(lián)系（圖4）。

施用OFMSW會(huì)影響生菜的幾個(gè)代謝途徑(8)，而特定的應(yīng)激代謝產(chǎn)物如多巴胺或GABA的合成在施用SS(2)和PS(3)后也會(huì)受到影響。一些改變的途徑涉及氨基酸代謝如苯丙氨酸代謝和三羧酸循環(huán)如丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。因此，OFMSW施肥主要影響氨基酸生物合成途徑，這與養(yǎng)分生物利用度低或水分脅迫相一致，而其他施肥措施則影響特定途徑（圖5）。

5. 植物基因表達(dá)研究

作者進(jìn)一步研究了使用不同施肥產(chǎn)品CF、OFMSW、SS或PS后生菜基因表達(dá)的變化，發(fā)現(xiàn)不同肥料處理對(duì)水通道蛋白編碼基因、活性氧清除基因、調(diào)節(jié)滲透合成的酶和伴侶蛋白基因的表達(dá)均有影響。層次聚類分析根據(jù)基因表達(dá)模式區(qū)分了兩組樣本，第一組由施用CF和OFMSW的生菜組成(主要為正相關(guān))，而第二組由施用SS和PS的生菜組成(主要為負(fù)相關(guān))。同時(shí)轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)表明，參與植物脅迫應(yīng)答的基因表達(dá)的變化與ABs無(wú)關(guān)。作者進(jìn)一步研究了不同代謝物濃度與分析基因表達(dá)水平之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)乳糖、麥芽糖、葡萄糖、煙酸、戊烯酸和丁二酸與?HSP70、MnSOD?和?MIPS1?基因呈顯著正相關(guān)，強(qiáng)調(diào)了水脅迫是與使用不同肥料有關(guān)的表型、代謝和轉(zhuǎn)錄組變異的主要驅(qū)動(dòng)因素的觀點(diǎn)（圖6）。

6. 人類健康影響研究

人類健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估考慮了總部以及相關(guān)的歐盟理事會(huì)條例制定的食品中 ABs 的法定值。發(fā)現(xiàn)生菜和蘿卜可食用部分中的 ABs濃度水平低于歐盟法規(guī)為動(dòng)物組織或食品樣品制定的最大殘留限量，表明 ABs的豐度對(duì)人類健康的影響并不顯著。

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?小編小結(jié)

綜上所述，在田間規(guī)模使用不同的施肥產(chǎn)品會(huì)導(dǎo)致植物吸收 ABs，吸收量取決于化合物種類和植物品種，但不影響植物農(nóng)藝學(xué)、代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)，且不會(huì)對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。另外植物多巴胺含量可作為有機(jī)肥的示蹤劑。

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