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类固醇类雌激素已被发现以引起生物效应的浓度存在于污水、泉水、地下水、河流和海洋及沉积物和土壤中。17β-雌二醇在浓度低至ng/L数量级时仍能扰乱鱼类甚至人类的生殖系统。而动物无论性别、年龄都经粪便和尿液向体外排出雌激素,畜禽粪便是环境中天然类固醇雌激素的主要来源之一。畜禽粪便的另一个特点是含有抗生素。兽药抗生素长期以来被广泛和大量地应用于畜禽养殖业以治疗和预防动物疾病,并作为动物生长促进剂而添加到饲料中,而抗生素被动物摄入后只有少部分残留在体内,大部分(80%)以原药或代谢产物的形式经由动物粪便和尿液排出体外。因此畜禽粪便中抗生素残留可能会对类固醇雌激素的降解产生影响,本实验的目的就是研究不同的种类和浓度的抗生素对于畜禽粪便中雌激素残留稳定性的影响程度。
由于畜禽粪便基质的干扰,往往要对实验样品进行复杂的前处理,导致实验数据的重复性差,很难反映雌激素环境归趋的真实情况。而采用14C标记的雌激素就能更准确地反映雌激素在环境中的归趋。本论文首先建立了14C和13C标记雌激素的实验室合成方法,用14C和13C标记的醋酸钠合成了标记的17β-雌二醇和雌酮。以诺龙为起始物,经过乙酰基保护、臭氧化、缩合生成烯醇;烯醇和标记的乙酰氯(由醋酸钠和氯化亚砜反应生成)在-78℃下进行缩合反应,然后水解生成标记的乙酰诺龙;乙酰诺龙经过芳香化反应生成17β-雌二醇;17β-雌二醇被Jones试剂氧化生成雌酮。所得14C-17β-雌二醇的放射性化学纯度为95%,14C-雌酮的放射性化学纯度为97%(14C为3位标记),13C-17β-雌二醇的纯度为98%(13C为3和4位标记)。
利用合成的14C-17β-雌二醇,我们研究了17种抗生素(大环内酯类、氨基糖苷类、β-内酰胺类、四环素类、磺胺类、喹诺酮类、氯霉素类)在浓度为10和100 ppm时对猪粪中17β-雌二醇降解的影响。研究发现100 ppm的大环内酯类抗生素罗红霉素、红霉素和氨基糖苷类抗生素硫酸链霉素显著地抑制17β-雌二醇的矿化,β-内酰胺类抗生素、氯霉素类抗生素、喹诺酮类抗生素对猪粪中17β-雌二醇的矿化没有显著的影响,不同的磺胺类抗生素和四环素类抗生素对17β-雌二醇的矿化矿化影响不一致。罗红霉素、红霉素的抑制作用最强烈,经过16天的处理,100 ppm罗红霉素和红霉素处理组分别残留有26%和18%的17β-雌二醇,而对照残留了6%的17β-雌二醇。采用一级动力学对17β-雌二醇矿化进行拟合,发现罗红霉素和红霉素处理组的17β-雌二醇矿化至一半的时间分别延长为265天和130天,而对照组为29天。这很可能是有由于大环内酯类抗生素能抑制猪粪中降解雌激素的微生物的活性,从而抑制了雌激素的矿化。