巴州水環境中典型抗生素對羊角月牙藻的毒性效應研究

近年來，養殖業與畜牧業大量使用的抗生素通過廢水排放持續進入水環境，其殘留不僅威脅水生生態系統平衡，還可能經食物鏈影響人類健康，這一問題日益突出，已成為全球環境科學領域的研究熱點[1]

巴州作為我國西北地區重要的商品糧及果蔬產區，湖泊水系密布，水產養殖業與畜牧業發展迅猛，抗生素在生產使用過程中不可避免地通過水體滲透與食物鏈遷移擴散[2]。大環內酯類抗生素因含14或16元環內酯結構，且具有口服便捷、副作用小、組織滲透性強等優勢，被廣泛用于畜禽與水產養殖中的細菌感染治療。螺旋霉素作為典型的16元環大環內酯類抗生素，在巴州養殖業中應用廣泛，但其環境殘留對生態影響尚未明確。目前，針對螺旋霉素在巴州高礦化度、強紫外輻射等特殊水環境中的毒性變化規律，及其對本地優勢藻種羊角月牙藻的作用機理研究仍處于空白狀態。

基于此，以巴州典型抗生素螺旋霉素為對象，以羊角月牙藻為受試生物，系統探究螺旋霉素對藻類生長速率、葉綠素質量濃度等指標的毒性效應，分析其光解動力學及毒性變化規律。本文旨在揭示螺旋霉素在巴州水環境中的生態毒理行為，為區域性抗生素污染的生態風險評估、污染防治技術優化及水環境可持續發展提供科學依據。

1藻種預處理

羊角月牙藻（中國科學院水生生物研究所淡水藻種庫）接種于培養液（ 15. 00g/100mL （20號 dH_2.00O ：2H₂O、0.30g/500mL dH₂O 檸檬酸 ，0.30g/500mL dH₂O 檸檬酸鐵銨 、0.05g/500mL dH₂O EDTA - Na₂ 、1.00g/500mL （20 dH₂O Na₂CO₃ ）[3]，取培養約4d的對數生長期藻培養液，分裝于 250mL 錐形瓶（每瓶100mL ），加入經培養基稀釋的抗生素溶液，設0、0.01、0.10、0.50、1.00、5.00mg/L 6 個質量濃度梯度，同步設空白對照，各處理均3次重復。在原培養條件下處理 96h 后，測定各項生理指標。

2抗生素對羊角月牙藻的作用機理

藻類是水生生態系統的初級生產者，是水體氧氣和能量流動的核心，對維持生態系統結構與功能穩定至關重要。與甲殼類、魚類等生物相比，藻類生長周期短、繁殖快、易獲取，且對污染物的敏感性要高出數個數量級，因此成為監測水環境質量的理想指示生物。羊角月牙藻（Selenastrumcapricornutum）因對污染物高度敏感，被國際標準化組織（ISO）列為水環境毒理試驗的標準藻種，在污染物生態風險評價中

有著重要的應用價值。

2.1螺旋霉素對羊角月牙藻生長速率的影響

2.1.1不同濃度螺旋霉素對羊角月牙藻生長的影響

選取培養8d的羊角月牙藻作為受試對象。結果顯示（見圖1）， 5mg/L 螺旋霉素對羊角月牙藻的抑制作用最為顯著，此質量濃度下藻體生長速率曲線平緩，細胞數量增長遲緩；而當質量濃度低于5mg/L 時，生長抑制效應明顯減弱。

培養初期（前2d） ，0.0.01mg/L.0.10mg/L 0.50mg/L，1.00mg/L，5.00mg/L 各組的藻細胞數量變化趨勢一致，表明這一階段抗生素尚未對羊角月牙藻的生長產生明顯干預。此外， 0.10mg/L 與0.50mg/L 質量濃度組在培養4d后的藻細胞數量增長趨勢相近，提示在該時間段內，這兩種質量濃度的螺旋霉素對藻體的抑制機制可能相似。

綜上，螺旋霉素對羊角月牙藻的生長抑制存在質量濃度差異， 5.00mg/L 時抑制最強。低濃度組的抑制效應隨培養時間變化呈現特定規律，且部分質量濃度在特定階段可能通過相似機制影響藻體生長。

2.1.2抗生素光解前后對羊角月牙藻生長的影響

由圖2可知，在只有培養基培養的條件下，羊角月牙藻的細胞密度均要大于加入抗生素光解前后的藻的細胞密度。在不同培養條件下培養2d以內，羊角月牙藻均處于遲緩期，其生長速率緩慢。但在接下來的4d內，不同的生長條件對羊角月牙藻的作用發生了明顯的不同：在只有培養基的條件下，其密度呈現指數倍數的增長；只加入抗生素而無光照的樣品中，藻的密度呈現平緩的增加，其增加量接近于4倍；在加入了抗生素并光照 15min 的樣品中，藻密度增長較快，4d內的增加量略大于8倍；在之后的6～8d時間段內，加培養基的樣品增長速率減緩明顯，光照 15min 的樣品速率略有減緩，而只加抗生素的樣品增長速率略有增加，3個樣品的變化速率開始接近。在全部時間段內，加入抗生素而又分別光照了 的樣品中，藻密度變化不大。對比只加入了抗生素的樣品，這3個樣品對羊角月牙藻的生長顯現出抑制作用，抑制效果由強到弱的關系是 45mingt;60mingt;30min. 0分析實驗結果可知，光照時間長短可能影響抗生素的毒性，即光照時間越過一定臨界值后，抗生素對羊角月牙藻的生長顯現明顯的抑制毒性。

圖2抗生素光解前后對羊角月牙藻生長的影響（8d）

2.2螺旋霉素對羊角月牙藻葉綠體色素質量濃度 的影響

2.2.1不同濃度螺旋霉素對羊角月牙藻葉綠體色素質量濃度的影響

由圖3可以看出，隨著螺旋霉素質量濃度的增加，羊角月牙藻中chla的質量濃度整體呈現下降的趨勢。但當螺旋霉素質量濃度為 1mg/L 時，chla質量濃度下降不明顯， chlb 的質量濃度出現先增長后下降的趨勢。當螺旋霉素的質量濃度為 1mg/L 時，羊角月牙藻中 chlb 的質量濃度達到最高，類胡蘿卜素質量濃度與chla質量濃度具有相同的變化規律，也隨抗生素質量濃度的增加而降低。

圖3不同質量濃度螺旋霉素對羊角月牙藻葉綠體色素質量濃度的影響

當螺旋霉素溶液的質量濃度為 5mg/L 時，chla的質量濃度與對照組相比具有明顯的差異，說明在螺旋霉素溶液存在下羊角月牙藻的光合作用將受到一定的影響。從圖3中還可以進一步看出，羊角月牙藻chla質量濃度對螺旋霉素溶液的敏感程度較chlb質量濃度對螺旋霉素溶液的敏感程度稍強，當螺旋霉素溶液質量濃度為 0.1～0.5mg/L 時，chl a、chlb質量濃度均有下降的趨勢，但是chla的下降趨勢更明顯。螺旋霉素對羊角月牙藻類胡蘿卜素質量濃度的影響則自質量濃度為 1mg/L 時開始，且隨著螺旋霉素溶液濃度的進一步上升，這種影響呈先增強后下降的趨勢。

2.2.2螺旋霉素光解前后對羊角月牙藻葉綠體色素質量濃度的影響

由圖4可知，葉綠體色素質量濃度受螺旋霉素光照時間長短影響顯著，不同光照時長測得的葉綠體色素質量濃度都有明顯不同。光照時間從 0min 增長到 15min 的過程中，羊角月牙藻中chla和 chlb 的質量濃度隨著光照時間有所升高，并達到其質量濃度最大值，此時其質量濃度分別為 22.5mg/L 和 9mg/L 但在光照時長大于 15min 之后的所有光照時間內，3個樣品的色素質量濃度都呈現下降趨勢，尤其在光照時長從 15min 延長到 45min 的時間段，3個樣品色素質量濃度下降非常顯著，在 45min 時色素質量濃度都很低，以致在之后的光照時長內，3個樣品中色素質量濃度都基本保持穩定或略微升高。

圖4螺旋霉素光解前后對羊角月牙藻葉綠體色素質量濃度的影響

分析3個樣品可知，chla質量濃度始終保持最高，并且其質量濃度隨抗生素光照時間變化顯著。chlb質量濃度次之，其質量濃度隨抗生素光照時間變化相較chla顯得相對緩和，這2個樣品色素質量濃度幾乎保持同步，都是先上升后下降的趨勢，類胡蘿卜素質量濃度隨光照時間增加保持平穩的遞減趨勢，其質量濃度在3個樣品中幾乎都是最低的。

3結論

以巴州典型抗生素螺旋霉素為對象，以羊角月牙藻為受試生物，系統探究了螺旋霉素對其生長速率及葉綠體色素質量濃度的影響，揭示了不同質量濃度及光解條件下螺旋霉素的毒性作用規律，主要結論如下：

（1）螺旋霉素對羊角月牙藻細胞數量的抑制作用隨濃度升高而增強。隨著螺旋霉素質量濃度的增大，羊角月牙藻中chla、類胡蘿下素的質量濃度整體呈現下降的趨勢， chb 質量濃度呈現先增加后減少的趨勢。

（2）加入螺旋霉素溶液后，在無光照的條件下，羊角月牙藻大致呈現出直線生長的趨勢；光照時間超過一定臨界值后，抗生素對羊角月牙藻的生長顯現明顯的抑制毒性。光照條件對羊角月牙藻中葉綠體色素質量濃度的影響依次為chlagt;chlbgt;類胡蘿卜素。光照時間為 15min 時， chl a sinhb 質量濃度最高，無光照時類胡蘿卜素質量濃度最高。

分析其光解動力學及毒性變化規律，旨在揭示螺旋霉素在巴州水環境中的生態毒理行為，為區域性抗生素污染的生態風險評估、污染防治技術優化及水環境可持續發展提供科學依據。本研究填補了區域數據空白，為大環內酯類抗生素環境行為研究及干旱半干旱地區水環境風險評估提供了重要基礎。

參考文獻：

[1]SOUSA J M， MACEDO G，PEDROSA M，et al.Ozonation and UV254 nm radiation for the removal ofmicroorganisms and antibioticresistance genes from urbanwastewater[J].JournalofHazardousMaterials，2017，323：434-441.

[2］唐娜，雒海通，康國棟，等.生活垃圾滲濾液處理系統中抗生素污染特征與生態風險研究［J/OL].生態與農村環境學報，1-15[2025-07-10].

[3]張天琪，馮承蓮，劉超男，等.典型新污染物對微藻的毒性機制研究進展：生理和生化視角［J/OL].生態毒理學報，1-13[2025-07-10].