腐殖酸存在条件下四环素对星空藻生长的影响及其机理

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四环素类抗生素自1940年代被发现以来已被广泛应用于人类和动物,其有效的抗菌作用使其在牲畜生产中广泛用于疾病控制和亚治疗水平的饲料从而提高饲料效率,生长速度和整体健康状况。然而,施用于动物的大多数四环素是部分代谢的,用于动物饲养和疾病治疗的大部分四环素以母体化合物或生物活性代谢物的形式通过粪便和尿液排泄,将抗生素释放到水生环境中会引起对生物体的不利影响。溶解性有机物(Dissolved organic matter, DOM)是微生物和水生植物中细胞自溶或代谢的异质混合物。DOM在水环境中无处不在,以毫克每升的水平存在,并且富含具有高活性位点的有机官能团(例如,羧基,苯酚,羟基和酰胺等)。因此,DOM可以通过络合,阳离子桥联,吸附,氢键和阳离子交换与抗生素有效相互作用。腐植酸(humic acids)是DOM的重要活性成分,可以在多种环境中找到,包括沉积物,土壤,地下水和地表水。天然水中的DOM会使抗生素的行为及其毒性复杂化。目前,由于缺乏研究,尚不清楚DOM存在时抗生素对微藻的毒性及其对藻类的作用机理。因此,应进一步研究抗生素与DOM的相互作用,以减少对抗生素进行的环境风险评估的不确定性。
  本研究选择了各类抗生素中最具代表性的盐酸四环素作为目标抗生素,以淡水生物毒理实验中广泛使用的绿藻为受试生物,研究四环素对星空藻(Coelastrella sp.)的长期污染暴露情况下的生长抑制作用的影响,并以腐植酸为模式DOM进一步考察了DOM对污染物毒性的影响。在本文中,研究了腐植酸存在条件下,不同浓度四环素(0,0.5,1.0,2.0,5.0和10.0mg/L)对BG-11培养基中星空藻生长和生理生化指标的影响,并探讨了其潜在机理。结果表明:
  (1)四环素明显影响了星空藻的生长情况以及叶绿素a和蛋白质的合成,具体表现为双向剂量反应,即低浓度(<2mg/L)下刺激,高浓度(>2mg/L)下抑制。
  (2)四环素胁迫下,星空藻细胞中超氧歧化物酶(SOD)、丙二醛(MDA)、还原型谷胱甘肽(GSH)的含量均显著增加,表明氧化损伤可能是导致四环素对星空藻毒性的机理。
  (3)腐植酸的存在可以减轻四环素引起的对星空藻的毒性,显著降低了四环素对微藻的生长、生理生化指标以及氧化损伤的不利影响。
  (4)腐植酸在微藻细胞外膜上的吸附以及腐植酸-四环素复合物的形成,阻碍了四环素向微藻细胞的扩散,这导致生物可利用的四环素形式的浓度降低,这可能是腐植酸影响四环素生物利用度的机理。
  这些发现有助于更好地了解富营养化水中抗生素的环境风险,对于全面认识四环素类抗生素对淡水藻类的生长的影响、评估该类物质的生态风险具有重要的实际意义。
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