由于喹诺酮类抗生素的过度使用和机体弱代谢性,其环境行为和生态毒理效应受到广泛关注。本文通过研究三种典型喹诺酮类抗生素:左氧氟沙星（levofloxacin）、恩氟沙星（enrofloxacin）、诺氟沙星（norfloxacin）对水稻（Oryza sativa L.）的毒性效应,结合转录组学、蛋白质组学、代谢组学、微生物组学和抗性基因组学等组学技术解析外源喹诺酮类抗生素对水稻的毒理机制,以期为喹诺酮类抗生素的合理使用及其生态风险评估提供理论依据。主要内容如下:（1）水稻幼苗通过根系吸收富集喹诺酮类抗生素,并转移到地上部,转运能力强弱为:左氧氟沙星＞恩氟沙星＞诺氟沙星。喹诺酮类抗生素对水稻幼苗生长产生负面影响,并与暴露浓度呈剂量-效应关系。水稻幼苗表现出生长速度减缓,植株矮小,生物量降低,叶片白化。外源喹诺酮类抗生素打破了水稻幼苗体内活性氧（reactive oxygen species,ROS）产生-清除平衡,过氧化氢和丙二醛（malondialdehyde,MDA）大量积累,细胞膜通透性增加,表明喹诺酮类抗生素对水稻幼苗产生氧化胁迫,胁迫强度与外界暴露浓度呈正相关关系。水稻幼苗抗氧化酶促系统受到调节。在低浓度喹诺酮类抗生素刺激下,超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化氢酶（catalase,CAT）被激活以清除多余的ROS,维持细胞稳态;但随着暴露浓度的增加,氧化胁迫水平提高,SOD和CAT活性降低。过氧化物酶（peroxidase,POD）活性随胁迫强度的增强而逐渐下降。综合水稻幼苗的生长抑制和氧化胁迫水平,比较得到三种外源喹诺酮类抗生素对水稻幼苗的毒性强弱为:左氧氟沙星＞恩氟沙星＞诺氟沙星。（2）高浓度喹诺酮类抗生素破坏水稻幼苗叶肉细胞结构:细胞壁肿胀;叶绿体数量及体积减小,变形严重,片层结构消失,嗜锇颗粒大量产生;线粒体嵴结构消失。三种喹诺酮类抗生素对水稻幼苗细胞破坏能力的强弱为:左氧氟沙星＞恩氟沙星＞诺氟沙星。叶绿体和线粒体结构受损,可能导致了叶片净光合速率和呼吸速率的下降。叶绿素及其前体物含量下降,表明在外源喹诺酮类抗生素胁迫下,叶绿体吸收光能进行光反应是光合作用的限速步骤。通过叶绿素荧光和P700信号特征可知,外源喹诺酮类抗生素抑制了光系统（photosystem,PS）I和PS II活性,实际光合效率降低,光保护调节能力减弱,电子传递链紊乱。有利于光保护的循环电子流在诺氟沙星胁迫下被激活;恩氟沙星对光合系统毒性更强,循环电子流受到抑制。在800μg L-1恩氟沙星胁迫下,水稻幼苗转录水平受到影响,GO功能富集分析显示叶绿素生物合成过程在差异表达基因（different expression gene,DEG）富集程度最高;KEGG代谢通路富集分析显示卟啉和叶绿素代谢在上调DEGs中富集程度最高。在800μg L-1恩氟沙星胁迫下,水稻幼苗蛋白质表达量发生变化。对差异蛋白进行GO功能富集分析表明,叶绿体、类囊体、类囊体膜、光系统等细胞组成蛋白丰度下调,叶绿体结合等功能下降,光合电子传递链和发生在PS II的光合电子传递链等生物过程受到不利影响,电子传递活性受到抑制,循环电子传递途径中的电子转运体功能下降,导致光反应和光合作用等生物过程受到抑制。KEGG富集分析显示光合作用（ko00195）、氧化磷酸化（ko00190）、光合作用天线蛋白（ko00196）代谢通路下调,表明植物捕光能力和能量产生速率下降。对KEGG富集到的三条光合作用相关代谢通路相关蛋白进行蛋白质互作（protein-protein interaction,PPI）网络分析,结果表明,除PSBS1外,其他蛋白互有关联,PSBD拥有最多与其他蛋白的相互关系。通过分子对接手段证明进入水稻体内的恩氟沙星可能通过氢键插入光合作用蛋白内部,影响其结构和功能。（3）恩氟沙星激活了水稻幼苗氮同化酶活性,氮同化中间产物含量提高。硝态氮（NO3--N）、亚硝态氮、氨基氮、蛋白质等氮素含量和硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶和谷氨酸脱氢酶等氮同化酶活性随着暴露浓度的升高而增加。NO3--N含量的增高可能与恩氟沙星降解作为氮源有关。铵氮含量随着暴露浓度的增加先升高后下降,这可能是因为高浓度恩氟沙星胁迫下游同化酶活性增加。过多的NO积累会引起植物的硝化反应,对植物产生不利影响。低浓度(2μg L-1)恩氟沙星对水稻幼苗代谢物无显著性影响,高浓度(800μg L-1)恩氟沙星则显著改变了代谢物的种类和含量,进而造成代谢通路的变化。恩氟沙星的水稻幼苗地上部中有五条显着影响的代谢通路（P＜0.05）。分别为:1)甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢;2)氨酰-t RNA生物合成;3)丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢;4)丁酸代谢;5)乙醛酸和二羧酸代谢。而根部中有两条显着影响的代谢通路（P＜0.05）:酪氨酸代谢和柠檬酸（citrate cycle,TCA）循环。根据相关性分析,代谢物含量变化可以影响氮同化酶活性,进而影响植物中的氮素含量。（4）在800μg L-1恩氟沙星胁迫下,水稻幼苗叶际和根系微生物测得ASV（amplicon sequence variants）数目减少;叶际微生物群落丰富度和多样性略有变化,根系微生物群落丰富度和多样性下降。分析群落结构发现,水稻幼苗叶际微生物门水平和属水平群落结构略有改变;在根系微生物中检测到拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门和浮霉菌门丰度上升（p＜0.05）,塔氏杆菌门丰度下降（p＜0.05）;优势属转移,拥有厌氧铵氧化代谢能力的Paludisphaera、降解有机物能力的Gordonia和Sphingobium及致病菌Chryseobacterium丰度上升,生物固氮菌Azohydromonas和Azospirillum丰度下降。根据PICRUSt2预测群落功能变化,脂质代谢、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、脂多糖生物合成、外源物降解与代谢、嘧啶代谢、翻译、m RNA监测途径、核糖体、细菌分泌系统和信号通路等多条KEGG通路受到不同程度的影响。嘧啶代谢、翻译、m RNA监测途径通路丰度下调可能与恩氟沙星的细菌灭活机制有关。恩氟沙星也改变了水稻幼苗根系微生物抗性基因的组成和丰度。喹诺酮类抗生素类抗性基因（antibiotic resistant genes,ARGs）丰度上升,ARGs和可移动遗传元件（Mobile genetic elements,MGEs）总丰度下降。相关性分析表明MGEs推动了多数ARGs的传播,但与总ARGs丰度呈负相关关系,这可能是与ARGs呈负相关关系的细菌谱系的增强以及潜在ARG宿主减少所致。同时,水稻幼苗ARGs、MGEs和根系优势微生物之间相关性良好。致病菌Chryseobacterium只与少数ARGs呈正相关,表明单一抗生素胁迫下,细菌存活可能只需表达一个或者某几个抗性基因。