我国现已成为抗生素生产与消费的第一大国,也是滥用抗生素最严重国家之一,大部分抗生素不能完全被机体吸收,有高达85%以上抗生素以原形或代谢物形式由病人和畜禽排泄物排入环境,由此带来的环境健康风险问题逐渐引起关注。为了对大环内酯类抗生素的环境行为进行系统分析,本文实地调查了畜禽养殖中抗生素使用情况,在此基础上选取了11种典型大环内酯抗生素,通过实验室系统的测试工作,实施了大环内酯类抗生素对酶的活性抑制实验,运用专业化学办公软件构建了大环内酯抗生素的结构简图并对其结构参数进行了计算,借助统计分析手段,探究大环内酯类抗生素的结构与性质之间的定量关系。为进一步研究大环内酯抗生素在环境中的迁移转化规律,本文最后建立了高效液相色谱法检测大环内酯类抗生素的方法体系。主要研究结果简述如下：1.通过对安徽省宣城市某乡镇大型养殖公司及多家私人养殖户进行走访调查,发现畜禽养殖中抗生素的使用上存在不少问题,主要有以下六个方面：(1)盲目、随意用药问题突出；(2)过量、长期使用抗生素情况普遍；(3)禁用抗生素的使用时有发生；(4)人药兽用现象依然存在；(5)药物配伍不当现象明显；(6)不按规定休药期用药。2.根据大环内酯类抗生素抑菌作用机制,通过分析大环内酯类抗生素对酶活性抑制作用研究现状,以大环内酯抗生素对酶活性的抑制效应为突破口,选取乙酰胆碱酯酶和谷氨酰转肽酶作为靶标酶,通过测试大环内酯胁迫下乙酰胆碱酯酶(促进神经传导)和谷氨酰转肽酶(促进转肽作用)的抑制效应,结合大环内酯分子结构特征,揭示大环内酯类抗生素对酶抑制机理。(1)在实验过程中采用的有机溶剂会对酶产生一定的影响,为选取适宜的有机溶剂,减少对实验结果的影响,根据文献分析,在酶活性抑制前期实验中,选取了甲醇、乙醇、异丙醇、冰醋酸、丙酮、乙腈、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯和氯仿10种有机溶剂,测定了其对酶活性的影响。10种有机溶剂对两种酶的抑制能力顺序基本一致,但又存在差别,本文分别选取乙醇和乙腈作为对乙酰胆碱酯酶和谷氨酰转肽酶抑制作用实验用有机溶剂。(2)本文测试了11种典型大环内酯类抗生素对乙酰胆碱酯酶和谷氨酰转肽酶的系列抑制程度,并用直线内插法计算了相应的半数抑制浓度IC50(50%Inhibitory Concentration),结果表明在较低浓度下,大环内酯类抗生素对两种酶的抑制作用较弱,其中对乙酰胆碱酯酶抑制能力排序为：制霉素<罗红霉素<麦迪霉素<吉他霉素<乙酰螺旋霉素<阿奇霉素<红霉素<泰乐菌素<阿维菌素<克拉霉素<两性霉素B,其中两性霉素B的抑制强度是制霉素的455倍；对谷氨酰转肽酶抑制能力排序为：乙酰螺旋霉素<麦迪霉素<吉他霉素<制霉素<红霉素<克拉霉素<罗红霉素<泰乐菌素<阿奇霉素<阿维菌素<两性霉素B,其中两性霉素B的抑酶强度是乙酰螺旋霉素的950倍,接近3个数量级。对两种酶抑制作用最强的均为两性霉素B,根据其分子结构简图可以看出两性霉素B分子中含羟基数量最多,易通过氢键与酶结合,从而影响并改变酶分子构象,减少酶分子与底物结合或者降低其结合稳定性,致使酶催化活性减弱。3.为进一步揭示有机溶剂与大环内酯抗生素对酶活性抑制的机理,建立了有机溶剂和大环内酯类抗生素对两种酶活性抑制的QSAR(Quantitiative Structure-Property/Activity Relationships)模型。以有机溶剂和大环内酯类抗生素对酶的抑制率为因变量,以分子结构参数为自变量,运用统计软件SPSS,通过多元线性逐步回归方法建立QSAR模型,根据模型稳健性检验并结合引入参数分析解释有机溶剂和大环内酯类抗生素对酶抑制作用机理。(1)有机溶剂对乙酰胆碱酯酶的抑制作用QSAR模型：有机溶剂对酶的抑制率IR(Inhibition Ratio)=-193.939+147.660*(AAC)+112.824*(SEige), n=10,R=0.960,R2=0.921,F=41.055, Sig=0.000,P=0.4。方程中参数AAC和SEige均为二维拓扑指数描述符,AAC表征原子组成平均信息指数,SEige表征电负性特征值总数,两种描述符的引入说明有机溶剂原子间的组合方式决定整个有机溶剂分子的电负性,并且随着两种描述符数值的增加,有机溶剂对酶的抑制率增强,因此有机溶剂对乙酰胆碱酯酶活性抑制作用取决于有机溶剂的原子组成和分子电负性。(2)大环内酯对乙酰胆碱酯酶的抑制作用QSAR模型：IC50=9354.291-1216.501*(GGI3)-93.782*(RDF105e),n=11,R=0.934,R2=0.872, F=31.054,Sig=0.000,P=0.2。GGI3表征拓扑电荷指数,为二维空间结构Galvez拓扑指数描述符。RDF105e表征原子电负性加权的径向分布函数,为三维空间结构的RDF描述符,两种描述符的引用说明大环内酯类抗生素对乙酰胆碱酯酶的抑制作用主要取决于其分子结构特定方向上的电负性,并随电负性的提高,抑制率增强。(3)有机溶剂对谷氨酰转肽酶的抑制作用QSAR模型：IR=68.985-176.102*(E3u),n=10,R=0.920,R2=0.846,F=29.058,Sig=0.000149。E3u参数为WHIM指数,表征未加权第三主轴Z轴方向上的指向性指数,说明有机溶剂对谷氨酰转肽酶抑制效应主要受其特定方向上的原子连接性影响。(4)大环内酯类抗生素对谷氨酰转肽酶抑制作用QSAR模型：IC5o=41337.302-8477.261*(GGI3)+415.436(RDF060p), n=11,R=0.897,R2=0.805, F=16.531,Sig=0.00,P=0.000。模型中GGI3为拓扑电荷指数,表征二维空间结构Galvez拓扑指数描述符。RDF060p表征原子极化率加权的径向分布函数,为三维空间结构的RDF描述符,两种描述符的引用说明大环内酯类抗生素对谷氨酰转肽酶的抑制作用主要取决于其分子结构特定方向上的极化率。有机溶剂与大环内酯类抗生素对两种酶的抑制作用基本是一致的,主要取决于特定方向上的电负性与极化率,但由于两种酶的分子空间排列不同,导致有机溶剂对乙酰胆碱酯酶的抑制程度相比谷氨酰转肽酶增加；大环内酯分子进攻酶分子的点位不同,进攻乙酰胆碱酯酶点位编号105,进攻谷氨酰转肽酶点位编号060。4.为帮助课题组进一步系统分析大环内酯类抗生素的迁移转化规律,根据实验室现有条件建立了大环内酯类抗生素的检测方法。本研究中阿奇霉素的色谱保留时间为2.067min,红霉素为2.305min,克拉霉素2.158min,罗红霉素1.897min,泰乐菌素1.745min,阿维菌素2.301min,为后续大环内酯类抗生素在环境中的残留检测提供技术支撑。