Untersuchungen zum Transfer pharmakologisch wirksamer Substanzen aus der Nutztierhaltung in Porree und Weißkohl

Abstract

Investigation on the transfer of pharmacologically active substances used in animal husbandry into leek and cabbage. The potential of leek and cabbage for uptake of highly prescribed veterinary drugs (antibiotics) was tested in hydroponically grown plants. For this purpose the antibiotics sulfadiazine (SFD), enrofloxacine (ENR), tetracycline (TC), chlortetracycline (CTC) and monensine (MON) were chosen. A further aim was to gain data on the situation of vegetables grown in agricultural practise with regard to antibiotic residues. The evident effects of the antibiotics on plants grown hydroponically (each antibiotic was administered at 5 μmol/l nutrient solution) were greatly different: With regard to leek there were no visible effects (MON, SFD), a weak bleaching of the younger leaf sections (CTC), and strong effects of ENR. The (phytotoxic) effects of antibiotics on cabbage were much more distinct. CTC caused a yellowing of the plant vasculature in cabbage. MON induced lesions on some leaves and finally led to leaf wilting. With administration of ENR a nearly complete bleaching of young leaves was observed. Using LC-MS/MS-methods (low-resolution and high-resolution MS) the administered antibiotics, as well as conversion products and metabolites, were separately identified and quantified in various organs of leek (roots, young and old sections of leaves) and cabbage (roots, stalks, young and old leaves). Depending on the type of antibiotic, vegetable species, and plant organ, the detected concentrations of antibiotic residues comprised several orders of magnitude ranging from μg/kg to mg/kg of fresh weight (fw). The highest concentrations of antibiotics were found in roots of both vegetable species: CTC and TC were detected at approximately 10 mg/kg fw in cabbage roots and at approximately 20 mg/kg fw in leek roots and ENR was determined at approximately 12 mg/kg fw in cabbage roots. Low amounts of ENR were metabolised to ciprofloxacine (CIP). ENR occurred at similar concentrations of approximately 7 mg/kg fw in roots and old leaves of cabbage, indicating a high transport rate of this antibiotic in the cabbage plant. In stalks, young and old leaves of cabbage and in young and old leaf sections of leek all administered antibiotics were detected. Within these antibiotics, ENR and CTC and their conversion products, e. g. demeclocycline (DMC) and TC, occurred at the highest concentrations. SFD and MON were found in considerably lower concentrations (<100 μg/kg fw). The results of our experiments in hydroponic cultures, using defined concentrations of antibiotics in the nutrient solution, evidently demonstrate that cabbage and leek have a very high potential for uptake of a number of veterinary antibiotic drugs, especially for tetracycline and ENR.

Zusammenfassung

Das Aufnahmepotential von Weißkohl und Porree für einige verordnungsstarke Wirkstoffe aus der Nutztierhaltung wurde über Dotierungsexperimente in Hydrokultur ermittelt. Exemplarisch wurden dazu die Wirkstoffe Sulfadiazin (SFD), Enrofloxazin (ENR), Tetracyclin (TC), Chlortetracyclin (CTC) und Monensin (MON) ausgewählt. Außerdem sollten rückstandsanalytische Daten über die Belastungssituation von Gemüse gewonnen werden, das in landwirtschaftlicher Praxis angebaut wird. Die augenscheinlichen Wirkungen der Antibiotika auf die in Hydrokultur angezogenen Gemüsepflanzen (Dotierungskonzentration der Nährlösung: 5 μmol/l je Antibiotikum) waren sehr unterschiedlich: Sie reichten beim Porree von nicht erkennbaren Effekten (MON, SFD), schwach ausgeprägtem Ausbleichen in jungen Blattabschnitten (CTC) bis zu starken Effekten durch den Einfluss von ENR. Die (phytotoxischen) Wirkungen der Antibiotika auf die Weißkohlpflanzen waren wesentlich ausgeprägter. So zeigte der mit CTC dotierte Weißkohl gelbliche Verfärbungen der Leitbahnen. MON führte an einigen Blättern zu Läsionen und schließlich zum Welken. Bei Dotierung mit ENR war eine fast vollständige Ausbleichung der jungen Blätter festzustellen. Mit LC-MS/MS-Methoden (niedrig- und hochauflösende MS) wurden die dotierten Antibiotika-Wirkstoffe sowie deren Umwandlungsprodukte und Metaboliten separat in den Pflanzenteilen von Porree (Wurzel, junge und alte Blattabschnitte) sowie Weißkohl (Wurzel, Stängel, junge und alte Blätter) identifiziert und quantifiziert. Je nach Wirkstoff, Gemüseart und Pflanzenteil umfassten die ermittelten Arzneistoffrückstände mehrere Größenordnungen (μg/kg bis mg/kg Frischgewicht, FG). In den Wurzeln beider Gemüsepflanzen erreichten CTC und TC in Weißkohl (ca. 10 mg/kg FG) und Porree (ca. 20 mg/kg FG), sowie ENR in Weißkohl (ca. 12 mg/kg FG) die höchsten Konzentrationen. ENR wurde zu geringen Anteilen zu Ciprofloxazin (CIP) metabolisiert. In alten Weißkohlblättern wurde ENR in ähnlich hohen Gehalten (ca. 7 mg/kg FG) wie in Wurzeln gefunden. In den Stängeln und Blättern (jung und alt) des Weißkohls sowie den jungen und alten Blattabschnitten des Porrees wurden alle dotierten Wirkstoffe nachgewiesen. Dabei dominierten ENR und CTC einschließlich seiner Umwandlungsprodukte wie z. B. Demeclocyclin (DMC) und TC, während SFD und MON in deutlich niedrigeren Konzentrationen vorlagen (<100 μg/kg FG). Die Ergebnisse der Aufnahmeexperimente in Hydrokultur belegen zweifelsfrei ein enorm hohes Aufnahme- und Transportpotential von Weißkohl und Porree für einige Veterinärpharmaka, insbesondere für Tetracycline und ENR.