بخشی از مقاله
چکیده
خاک از جمله زیستبومهایی است که به دلیل دریافتکودهای حیوانیِ دارای مقادیر زیاد آنتیبیوتیک به شدت تحت تاثیر این مواد قرار میگیرد. در این مطالعه تاثیر دو نوع آنتیبیوتیک دارویی جنتامایسین و تریمتوپریم، بر فعالیت آنزیمهای فسفاتاز قلیایی و دهیدروژناز یک خاک لوم شنی در مدت 15 روز با سطوح مختلف 0/1 - ، 1، 10 و 100 میلیگرم بر کیلوگرم - بررسی شد. بیشترین کاهش در فعالیت آنزیم فسفاتاز در حضور این دو آنتیبیوتیک در روز 8 ام آزمایش مشاهده شد که تا روز 15 ام نیز ادامه یافت.
فعالیت آنزیم دهیدروژناز نیز در حضور هر دو آنتیبیوتیک کاهش نشان داد. بیشترین تاثیر این دو آنتیبیوتیک بر فعالیت دهیدروژناز در ابتدای دوره انکوباسیون بود و پس از آن تمایل به تجدید فعالیت آنزیم مشاهده شد. لذا آتیبیوتیکها میتوانند فعالیتهای آنزیمی خاک را به عنوان شاخصی از سلامت و کیفیت خاک تحت تاثیر قرار دهند.
مقدمه
استفاده از داروهای مورد استفاده در درمان و یا پیشگیری از بیماریهای انسان و حیوان و همچنین محصولات مراقبت شخصی - PPCPs - 1 در طول چند سال اخیر برای بهبود کیفیت زندگی روزانه مورد استفاده قرار گرفتهاند که سبب افزایش این مواد در محیطهای مختلف مانند آب، رسوبات، خاک و انتشار مستمر آنها در محیط زیست شدهاند
در این میان آنتیبیوتیکها از اهمیت ویژهای برخوردار هستند و سالانه هزاران تن از انواع آنتیبیوتیک در سراسر جهان جهت اهداف درمانی و غیردرمانی مورد استفاده قرار میگیرند. در سال 2013، مقدار آنتیبیوتیکهای استفاده شده در حیوانات تولید کننده غذا به حدود 14/8 میلیون کیلوگرم رسید که در حدود 17 در مقایسه با سال 2009 افزایش داشت
بیشتر این ترکیبها جذب اندکی در سیستم گوارشی انسان و دام داشته به طوری که حدود %30-90 آنها در نهایت به صورت هضم نشده دفع میگردند . - Yang et al., 2009 - آنتیبیوتیکها از سال 1982 به عنوان مخزن آلایندههای آلی در آبهای سطحی گزارش شدهاند
اگرچه مقادیر زیادی از آنتیبیوتیکها میتوانند در یک زمان نسبتا کوتاه حذف شوند، اما به دلیل ورود مداوم به محیط زیست به عنوان آلایندههای بسیار پایدار در نظر گرفته شدهاند
پیامدهای باقیماندهی این مواد در طولانی مدت منجر به افزایش مقاومت عوامل بیماریزا میشود. این امر عمدتا با انتقال ژن مقاوم به آنتیبیوتیک صورت میگیرد. بنابراین، انسان و حیوانات در معرض خطر ابتلا به عفونتهای میکروبی قرار میگیرند که با داروها درمان نمیشوند. علاوه بر این موارد، پیامدهای باقیمانده آنتیبیوتیکها یک مشکل جدی را برای سلامتی بشر از طریق تجمع در زنجیرههای غذایی و تداوم این چرخه ایجاد مینمایند
علیرغم اینکه در سالهای اخیر، مقادیر زیادی از آنتیبیوتیکهای دارویی وارد زیستبومهای کشاورزی شدهاند، اما پژوهشهای زیادی در رابطه با این مواد به عنوان آلایندههای بالقوه در مقایسه با دیگر آلایندهها مانند حشره کشها و علف کشها صورت نگرفته است. با این وجود اطلاعات محدود موجود بیانگر پیامدهای نامطلوب آنتیبیوتیکها در زیستبوم خاک و تاثیر آنها بر ریزجانداران خاک میباشد
آنتیبیوتیکها اغلب همرا با کودها و فاضلابی که به عنوان کود مورد استفاده قرار میگیرند وارد خاک میشوند . - Yu et al., 2014 - تجمع آنتیبیوتیک در خاکها تهدیدی بالقوه در عملکرد و ساختار جامعه میکروبی به شمار میآید . - Liu et al., 2012 - پژوهشهای طولانی مدت کارایی استفاده از روشهای بیوشیمیایی، به ویژه با کمک شاخص فعالیت آنزیمی، را برای بررسی خاکها نشان دادهاند. استفاده از فعالیت آنزیمی به عنوان یک پارامتر تشخیصی با خطای پایین، سادگی در تشخیص و حساسیت بالا به عوامل خارجی مناسب است
فعالیت کلی ریزجانداران خاک نیز میتواند به وسیله اندازهگیری فعالیت آنزیم همراه شده با سلولهای زنده مانند دهیدروژناز که نقش مهمی را در مسیر تنفسی ریزجانداران خاک دارد تخمین زده شود
لذا این مطالعه با هدف بررسی تاثیر سطوح مختلف دو آنتیبیوتیک دارویی جنتامایسین و تریمتوپریم با عملکردهای متفاوت، بر فعالیت آنزیمی - فسفاتاز و دهیدروژناز - جامعه میکروبی در یک خاک لوم شنی انجام شد.
مواد و روشها
یک نمونه خاک لوم شنی که در طول 10 سال اخیر هیچ نوع کود دامی دریافت نکرده بود، از شهرستان خشکبیجار - عرض جغرافیایی 37 21 و طول جغرافیایی - 49 45 در استان گیلان انتخاب و از عمق 0-25 سانتیمتری نمونهبرداری و به آزمایشگاه منتقل شد. خاک پس از انتقال به آزمایشگاه هوا خشک و از الک 2 میلیمتری عبور داده شد و برخی از ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی مورد نیاز نمونههای خاک با روشهای ارائه شده توسط اسپارکس و همکاران - 1996 - اندازهگیری شد. دو آنتیبیوتیک جنتامایسین و تریمتوپریم از شرکت سیگما آلدریچ تهیه شد. به منظور استفاده از آنتیبیوتیکها از هر کدام از آنها محلولهای مادر با غلظت 1000 میلیگرم بر لیتر در متانول تهیه شد.
به منظور فعالسازی جامعه میکروبی خاک، مقدار 50 گرم از نمونههای خاک با گلوکز 200 - میکروگرم بر گرم - مخلوط و به مدت سه روز در دمای 25 درجه سانتیگراد انکوباسیون شدند. غلظتهای متفاوت از آنتیبیوتیکها 0/1 - ، 1، 10 و 100 میلیگرم بر کیلوگرم - از محلول مادر تهیه و به نمونههای خاک اضافه شدند. نمونههای خاک به طور کامل با آنتیبیوتیکها مخلوط و در ظروف بسته در تاریکی در دمای 20- 25 درجه سانتیگراد قرار گرفتند
در تمام طول مدت آزمایش رطوبت نمونهها در حدود 60 درصد حداکثر ظرفیت نگهداری آب خاک ثابت نگه داشته شد و نمونهها هر روز به مدت 15 دقیقه هم زده شدند. به منظور اندازهگیری ویژگیهای مورد نظر در نمونههای خاک در فواصل زمانی 2، 8، و 15 روز از خاکها نمونهبرداری شد. سطح صفر آنتیبیوتیک نیز تیمار شاهد در این آزمایش بود. فعالیت آنزیم دهیدروژناز خاک به روش اندازهگیری تغییر شکل بستره 3،5، -2تری فنیل تترازولیوم کلراید به 5، 1- 2 تری فنیل فورمازان و فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی به روش رنگسنجی -p نیتروفنل اندازهگیری شد
آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل با سه تکرار انجام گرفت و فاکتورهای آزمایش شامل دو نوع آنتیبیوتیک - جنتامایسین و تریمتوپریم - و 5 سطح از آنتیبیوتیکها بود. نتایج به دست آمده از تمامی آزمایشها در بخشهای فوق با استفاده از نرم افزار MSTATC مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت و مقایسه میانگین دادههای آزمایشی با یکدیگر با آزمون چند دامنهای دانکن در سطح 5 درصد انجام شد.
نتایج و بحث
خاک مورد مطالعه دارای پیاچ 7/69، هدایت الکتریکی 0/18 dS m-1، کربن آلی 0/58 درصد، بافت لوم شنی 59/7 - درصد شن، 30 درصد سیلت و 10/3 درصد رس - ، یون بیکربنات 1 meq L-1 و ظرفیت تبادل کاتیونی 29/2 cmolc kg-1 بود.
اندازهگیری فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی نشان داد که هر دو آنتیبیوتیک در تمامی سطوح سبب کاهش فعالیت این آنزیم شدهاند و سطح 100 میلیگرم بر کیلوگرم در هر دو آنتیبیوتیک بیشترین تاثیر را در جلوگیری از فعالیت آنزیم فسفاتاز نشان داد. بیشترین کاهش در فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی در روز 8 ام آزمایش مشاهده شد که تا روز 15 ام نیز ادامه یافت - شکل 1 الف و ب - .
فعالیت فسفاتاز قلیایی خاک در روز 8 ام آزمایش در غلظت 100 میلیگرم بر کیلوگرم جنتامایسین و تریمتوپریم به ترتیب 59 و 38 درصد در مقایسه با شاهد کاهش نشان داد. نتایچ حاصل از آزمایش بیانگر کاهش بیشتر فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی در حضور جنتامایسین نسبت به تریمتوپریم میباشد. یانگ و همکاران - 2009 - کاهش فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی خاک را در سطوح 10 تا 30 میلیگرم بر کیلوگرم اکسی تتراسایکلین در خاک گزارش نمودند. این پژوهشگران تغییر جهت در فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی خاک را به طور کامل در ارتباط با جمعیت باکتریها و اکتینومایستها در خاک گزارش نمودند که نشان دهنده سهم بزرگ آنها در فعالیت این آنزیم میباشد.
شکل -1 فعالیت فسفاتاز قلیایی خاک در سطوح مختلف آنتیبیوتیک در زمانهای مختلف انکوباسیون. الف - آنتیبیوتیک جنتامایسین و ب - آنتیبیوتیک تریمتوپریم. حداقل یک حرف مشترک در روی ستونها نشاندهنده نبود تفاوت آماری معنیدار در سطح %5 است. نوارهای خطا انحراف از معیار میباشند . - n=3 -
