蛋白核小球藻对典型抗抑郁药物的去除作用及毒性响应

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五羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)是最常用的抗抑郁类药物。由于大量的使用以及在污水处理厂无法完全去除,SSRIs不断地进入水环境中,对水生生态系统的健康与稳定构成威胁。其中,氟西汀(FLX)和舍曲林(SER)是目前临床应用中最为广泛的两种SSRIs。微藻作为水生生态系统的生产者之一,是评估污染物生态风险的重要指示生物。同时,微藻能够有效去除多种环境污染物,具有固碳、环境友好、经济附加值高等优点,在污水处理领域极具应用前景。然而,鲜有研究关注微藻与SSRIs等抗抑郁药物的相互作用。本研究以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)为受试藻种,探究其对FLX和SER单一及联合暴露的毒性响应和去除机制,以期更好的了解水环境中FLX和SER的生态毒理效应,并为微藻处理SSRIs等抗抑郁药物污水技术的发展提供理论依据。主要研究结果如下:(1)单一低浓度FLX(≤20 ug/L)和SER(≤5 ug/L)对C.pyrenoidosa的生长没有显著性影响,单一高浓度FLX和SER对C.pyrenoidosa的生长具有“浓度-效应”关系。FLX和SER的96 h半数生长抑制率(EC50)分别为493和61.1 ug/L,表明两种药物对C.pyrenoidosa均具有高毒性。联合暴露组对C.pyrenoidosa的生长具有“低促高抑”现象,即低浓度混合物(≤13.9 ug/L)显著促进了C.pyrenoidosa的生长,而高浓度混合物抑制了C.pyrenoidosa的生长,混合抗抑郁药物的96 h EC50为271 ug/L。通过独立作用模型、浓度加和模型、毒性单位法和Marking相加指数法判断FLX和SER联合毒性表现为相加作用。(2)通过测定光合色素含量和叶绿素荧光参数,评价FLX、SER单一及联合暴露对C.pyrenoidosa光合系统的影响。在暴露的第4 d,联合暴露组叶绿素a和类胡萝卜素含量比对应单一暴露组下降,表明联合暴露对光合色素表现出更强的抑制作用。单一FLX和SER暴露组对光合色素合成随着暴露时间的延长表现出强烈的抑制作用。在暴露的第11 d,单一和联合暴露组中Fv/Fm恢复至正常水平甚至高于对照组,表明随着时间的延长光合活性恢复。(3)通过测定超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量,评价FLX和SER单一及联合暴露对C.pyrenoidosa抗氧化系统的影响。在暴露的第4 d,所有单一和联合暴露组SOD活性均高于对照组,表明C.pyrenoidosa通过诱导SOD来抵御氧化损伤;联合高浓度暴露组中MDA含量比对应的单一FLX和SER高浓度暴露组显著升高,表明联合暴露对C.pyrenoidosa细胞造成更严重的氧化损伤。在暴露的第11 d,单一FLX暴露组SOD活性恢复正常水平,而单一SER和联合暴露组SOD仍保持较高活性,表明SER的存在会促进C.pyrenoidosa细胞内SOD的生成;单一和联合暴露组中MDA含量无显著变化甚至下降,表明随着时间的延长氧化损伤消失。(4)C.pyrenoidosa对FLX和SER的去除率随着暴露时间的延长逐渐升高。C.pyrenoidosa对单一FLX和SER的去除率分别为67.6%-99.1%和94.9%-99.1%,联合暴露抑制了C.pyrenoidosa对FLX和SER的去除效果,两种药物在联合暴露时的去除率和去除速率较单一暴露均明显降低。生物降解和生物富集是C.pyrenoidosa去除FLX和SER的主要机制,而非生物降解对两种药物的去除作用十分有限。生物降解的比重与暴露浓度呈负相关关系,而生物富集与暴露浓度呈正相关关系。随着暴露时间的增加,生物降解比重升高,而生物富集的比重下降。与单一暴露相比,联合暴露促进了FLX和SER在C.pyrenoidosa细胞内的生物富集,抑制了生物降解作用。(5)FLX可以通过N-去甲基和O-脱烷基分别生成诺氟西汀(NFLX)和4-氟-3-三氟甲基苯酚(TFMP);NFLX易在C.pyrenoidosa细胞内富集,而藻细胞中代谢生成的TFMP多被排泄到培养基中。联合暴露组C.pyrenoidosa细胞中的NFLX和FLX浓度的比值小于单一暴露组;培养基中TFMP和FLX的比值也明显低于单一暴露组,说明联合暴露抑制了C.pyrenoidosa对FLX的代谢作用。SER经N-去甲基生成诺舍曲林(NSER),而NSER和SER的氨基可能被单胺基酶氧化生成4-(3,4-二氯苯基)-1-四氢萘酮(SEK)。联合暴露组C.pyrenoidosa细胞内NSER和SER浓度的比值高于单一暴露组,而SEK与SER浓度比一致;但培养基中联合暴露组SEK和SER浓度的比值低于单一暴露组,说明联合暴露影响了微藻对SER的代谢及代谢物的排泄过程。
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