两种混合抗生素对铜绿微囊藻的生物效应和作用机理

【摘要】：微囊藻是水华蓝藻中最主要的优势群体,其细胞内合成并向水环境释放的微囊藻毒素(MCs)是已知蓝藻毒素中毒性最强的物质之一。近年来,在微囊藻爆发尚未得到有效遏制的情况下,大量具有生物活性的抗生素污染物排入自然水体,存在与微囊藻作用的可能。通过实验研究获得的单独针对微囊藻的治理手段在应用于复杂水环境时经常无法取得预期效果。因此,有必要阐明水体中抗生素对铜绿微囊藻的作用效应和机制。由于多种抗生素通常在水体中同时出现,本研究以混合抗生素为研究对象。选定螺旋霉素(Spiramycin, SP)和阿莫西林(Amoxicillin, AM)为两种目标抗生素,研究二者混合条件下对微囊藻增殖、光合作用、产毒能力和藻毒素毒性的效应,以及微囊藻对混合抗生素的降解效应,并分析混合抗生素对微囊藻的作用机制。结果表明混合抗生素干扰铜绿微囊藻的增殖,SP:AM=1:7时,2-15 μg/L浓度范围内微囊藻生长均受抑制；SP:AM=1:1时,低浓度(1-4μg/L)促进微囊藻生长,高浓度(5-10 μg/L)则表现为抑制作用。微囊藻光合系统功能基因(psbA、 psaB和rbcL)表达量的变化及叶绿素a合成量的波动表明混合抗生素干扰铜绿微囊藻的光合作用。此外,混合抗生素引发铜绿微囊藻抗氧化系统的特异性响应,该响应与混合抗生素配比和藻细胞生长周期有关。SOD、CAT、POD活性应激性发生变化,应对活性氧的破坏。MDA含量的的升高及DNA损伤修复蛋白编码基因recA表达量的上调,表明混合抗生素对铜绿微囊藻造成氧化损伤。混合抗生素使铜绿微囊藻mcyB基因表达量上升,微囊藻产毒能力增加,同时促进了胞外MCs的释放,其中异构体MC-LR的释放比例最高达84.53%。通过发光细菌抑制试验,得到MCs与SP、AM单一混合或同时混合时,均表现为协同作用,表明混合抗生素污染物的存在进一步加剧了MCs的毒性。研究中发现混合抗生素使铜绿微囊藻GST活性上升并参与了铜绿微囊藻对SP和AM的降解,SP和AM的降解率分别为12.3%-12.5%和30.5%-31%,且降解率受混合抗生素浓度和配比影响不大。研究结果表明,低浓度混合抗生素的存在会加剧铜绿微囊藻的污染和增强藻毒素的毒性。在控制铜绿微囊藻污染的同时,应对共存的抗生素污染物予以考虑。