【摘要】：藥物與個人護理品(PPCPs)作為一大類新型環(huán)境污染物,種類繁雜,使用量巨大,它們的環(huán)境行為和毒理效應(yīng)近年來受到人們越來越多的重視。其中,抗生素類化合物在各類環(huán)境中被頻繁檢出,且具有一定生物活性,對各類生物及人體健康造成潛在風險,但其生態(tài)毒理數(shù)據(jù)嚴重不足。在水環(huán)境中,各類抗生素往往呈“混合-持久-低劑量”的暴露特征,但目前大多數(shù)研究僅集中在高劑量抗生素的單獨生物毒性,聯(lián)合毒性的研究極其匱乏。因此,亟需開展低濃度混合抗生素對水生生物的聯(lián)合毒性研究。本論文以紅霉素(erythromycin,ERY)、恩諾沙星(enrofloxacin,ENR)和磺胺甲惡唑(sulfamethoxazole,SMX)三種常見的抗生素做為目標化合物,研究它們對非靶標生物普通小球藻(Chlorella vulgaris)的單獨以及聯(lián)合毒性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,選擇其中毒性相對較大的兩種ERY和ENR,從小球藻對它們的生理響應(yīng)出發(fā)并深入到基因轉(zhuǎn)錄水平,探索低濃度混合抗生素對C.vulgaris的聯(lián)合作用機理,主要得出如下結(jié)果:(1)幾種抗生素對小球藻的基礎(chǔ)毒性試驗結(jié)果表明:ERY、ENR和SMX對C.vulgaris的96 h-EC_(50)分別為86、125和1 673μg/L,故毒性大小順序為ERYENRSMX。但在較低濃度時,它們都顯著促進了藻類生長。聯(lián)合毒性實驗結(jié)果表明,三種抗生素兩兩聯(lián)合暴露時,對C.vulgaris的聯(lián)合毒性作用類型均為協(xié)同效應(yīng)。(2)小球藻抗氧化防御系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn):ERY和ENR的暴露使C.vulgaris體內(nèi)丙二醛(MDA)含量升高,這表明兩種抗生素均對C.vulgaris造成了氧化損傷。另外,C.vulgaris體內(nèi)的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)以及谷胱甘肽還原酶(GR)的活性也均出現(xiàn)不同程度的升高。還原型谷胱甘肽(GSH)和氧化性谷胱甘肽(GSSG)含量的升高也表明了抗生素的暴露使C.vulgaris受到了氧化脅迫。聯(lián)合毒性實驗表明,ERY和ENR聯(lián)合可以協(xié)同地增加抗氧化酶的活性以及MDA、GSH和GSSG的含量。(3)小球藻三種光合作用相關(guān)基因(psaB、psbC和chlB)的表達量的研究發(fā)現(xiàn):實時熒光定量PCR技術(shù)檢測出的三種基因的轉(zhuǎn)錄豐度在ERY和ENR的作用下均有升高的趨勢,并且兩者聯(lián)合可以協(xié)同增加三種基因的轉(zhuǎn)錄豐度。葉綠素含量在兩種抗生素的作用下出現(xiàn)了低促高抑的現(xiàn)象,即低濃度(0.03 mg/L)時刺激葉綠素合成,高濃度時(1 mg/L)抑制,但兩種抗生素在低濃度聯(lián)合時可以顯著抑制葉綠素的含量。綜合以上研究結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)ERY、ENR和SMX對C.vulgaris的生長的影響也表現(xiàn)為“低促高抑”現(xiàn)象,并且它們兩兩聯(lián)合時具有顯著協(xié)同作用。低濃度ERY和ENR聯(lián)合時的作用機理可以從小球藻的抗氧化防御系統(tǒng)和光合基因表達中得到啟發(fā)和印證。該研究為低濃度混合抗生素在淡水環(huán)境中聯(lián)合暴露的生態(tài)風險評估提供科學(xué)依據(jù)。
【圖文】：

濃度抗生素作用下升高相一致，這可能是出現(xiàn)了低促高抑的毒性興奮效應(yīng)（詳見第二章內(nèi)容）。藻細胞在抵御外界不良刺激的過程中可能需要額外的能量，因此通過提高葉綠素含量來加強光合作用，但是當外界刺激大到一定程度時，就會直接抑制藻細胞葉綠素的合成。低濃度紅霉素和恩諾沙星分別以單獨和聯(lián)合的方式作用時葉綠素含量的變化存在較大差異，，這表明兩者共存時發(fā)生了相互作用，結(jié)果顯示兩者聯(lián)合時能夠顯著抑制葉綠素的合成，表明聯(lián)合作用可以增強兩種抗生素對藻類的毒性作用，可能會對水生生態(tài)系統(tǒng)造成更嚴重的環(huán)境風險。4.3.2 RNA 純度及濃度檢測本實驗通過瓊脂糖凝膠電泳以及檢測 OD260/OD280 值來判斷提取 RNA 的純度以及完整性。圖 4-4 為提取 RNA 的瓊脂糖凝膠電泳圖，可以看出每個樣品的條帶明亮且邊緣整齊，說明 RNA 沒有被污染。表 4-7 顯示了 RNA 濃度及 OD值，其中每個樣品的 OD260/OD280 均在 1.8~2.1 之間，表明樣品 RNA 純度較高。

基因被抑制最終可能會對碳同化造成影響，從而抑制光合作用psaB 轉(zhuǎn)錄豐度在兩種抗生素的刺激下有所增加，這表明藻細能會提高，PSI 反應(yīng)活性提高可能是由于 PSI 周圍的循環(huán)電子致 ATP 合成增加、NADPH 合成減少[127]。同時，這種循環(huán)電合成抗應(yīng)激分子提高額外的能量，提高機體對外界不良刺激的是生物體抵御外界脅迫的防御機制[87]。此外，當電子傳遞在藻細胞可能會增加 PSI 反應(yīng)相關(guān)蛋白質(zhì)的表達來增強接收電子能是造成 psaB 基因轉(zhuǎn)錄豐度升高的原因。崔晗[110]研究發(fā)現(xiàn)在素的共同作用下銅綠微囊藻的 psaB 基因表達量上升，并認為到外界不良刺激后作出的應(yīng)激反應(yīng)，當 PSI 反應(yīng)中心蛋白被破合成新的蛋白來彌補抗生素造成的損傷，從而刺激 psaB 表達因的表達量在抗生素的刺激下也出現(xiàn)了升高，并且隨抗生素濃用有所削減，這一點與葉綠素含量的變化相一致，這也進一步細胞葉綠素合成具有毒性興奮效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X171.5

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3 張U

本文編號：2611372