红树林湿地典型浮游硅藻对水体磺胺类抗生素生物去除与毒性响应的量化研究

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抗生素污染及其对人类健康影响正受到广泛关注。红树林作为重要的潮间带湿地,对抗生素污染具有显著的截留净化功能,但目前相关研究多关注底泥污染及抗性基因。红树林潮间带水体中的微型藻类,因其具有较大的比表面积和生物活性,对红树林截留净化抗生素功能的影响十分重要,硅藻是红树林微型浮游藻中的优势类群。目前尚未见相关研究报道。基于此,本研究以红树林典型浮游硅藻威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii)为研究对象,选取3种磺胺类抗生素磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD)、磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazloe,SMX)、磺胺二甲基嘧啶(Sulfamethazine,SMZ),通过藻类毒性实验、藻类去除能力评估实验和基于放射性示踪的快速吸附-解吸实验,评估抗生素对微藻的生物毒性以及微藻对抗生素的去除能力。主要研究内容和结果如下:(1)单一抗生素对威氏海链藻的生物毒性实验结果表明,3种磺胺类抗生素(SD,SMX,SMZ)在5个处理浓度梯度下(1~100 mg/L),威氏海链藻细胞浓度均随处理浓度的升高而降低,呈现出剂量依赖,说明抗生素具有一定毒性,但其ECs0值均超过100 mg/L,表明毒性总体较低。进一步根据logistics模型拟合浓度-效应曲线,得到EC20值,评估3种抗生素相对毒性大小依次为SD(低于 0.50mg/L)>SMX(2.66mg/L)>SMZ(7.19mg/L)。磺胺类抗生素对威氏海链藻的毒害机制除了抑制细胞生长,同时还影响其叶绿素含量、光合活性等。叶绿素含量随浓度变化与藻细胞呈相似规律。光合活性参数随浓度的变化呈现出“低浓度促进、高浓度抑制”的趋势,说明抗生素既可能抑制光合活性,也可能促进光合作用。(2)SMX和SMZ混合毒性实验结果表明,基于浓度加和模型(CA)预测的抗生素(SMX,SMZ)混合对威氏海链藻的EC20值为4.93 mg/L,显著大于logistics模型拟合值(0.16 mg/L),说明不同抗生素混合处理对微藻具有毒性协同作用。在5个混合浓度(0.1、0.5、1、2和5TU)处理下,威氏海链藻的细胞浓度和叶绿素含量分别为1.37×104~2.59×104 cells/mL和199.95~373.93 μg/L,显著低于对照组,且叶绿素含量随浓度变化趋势与藻细胞表现为显著正相关。Fv/Fm值低于对照组,进一步说明混合抗生素能产生更大的毒性,显著抑制光能转换效率。(3)采用无藻去光、无藻光照、有藻光照培养,分别评估抗生素3种去除方式(水解、光解和微藻去除)的效率。结果表明,3种途径对抗生素去除存在影响,按水解率和光解率排序:SMX(0.0%,0.0%~3.3%)
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