抗生素和重金屬鎘單一和復合污染對集胞藻PCC6803 的影響

摘要 為評估抗生素和重金屬對藻類生態(tài)系統(tǒng)的影響，本研究探討了四環(huán)素（tetracycline，TC）/磺胺甲噁唑（sulfamethoxazole，SMX）與Cd2+ 的4 個單一處理（100 ng/L TC；100 ng/L SMX；0.001 mg/L Cd2+；0.5 mg/LCd2+）以及4 個復合處理（100 ng/L TC+0.001 mg/L Cd2+；100 ng/L TC+0.5 mg/L Cd2+；100 ng/L SMX+0.001 mg/L Cd2+；100 ng/L SMX+0.5 mg/L Cd2+）對集胞藻的生長、光合活性以及抗氧化系統(tǒng)的影響。結果顯示，100 ng/L SMX 刺激集胞藻的生長和光合活性，而用100 ng/L TC 處理則無明顯影響；0.001 mg/L Cd2+對集胞藻的各項指標均無明顯影響，但0.5 mg/L Cd2+明顯抑制集胞藻的生長和光合作用，破壞抗氧化系統(tǒng)，損傷細胞膜，刺激集胞藻分泌胞外多糖?？股嘏c鎘復合污染處理方面，100 ng/L TC 與0.001 mg/L Cd2+共存時，增強集胞藻酯酶活性、刺激分泌胞外多糖；100 ng/L SMX 與0.001 mg/L Cd2+共存時，促進集胞藻生長、增強光合作用和酯酶活性；100 ng/L SMX 與0.5 mg/L Cd2+共存時，SMX 能緩解高濃度Cd2+造成的氧化損傷，較單一高濃度Cd2+處理組的ROS 產(chǎn)量減少、SOD 酶活降低、MDA 含量降低、協(xié)同刺激集胞藻酯酶活性；而100 ng/L TC 不能顯著緩解高濃度Cd2+對細胞的損傷。研究結果表明，低濃度四環(huán)素對細胞生長影響較小，也基本不改變Cd2+對集胞藻細胞的毒性，而低濃度磺胺甲噁唑會促進細胞生長，且能夠減輕Cd2+對集胞藻細胞的毒性，在污染評估時需綜合考慮抗生素和重金屬的復合污染。

關鍵詞 集胞藻； 四環(huán)素； 磺胺甲噁唑； 鎘離子； ROS； 藍藻； 抗生素

中圖分類號 Q945.78 文獻標識碼 A 文章編號 1000-2421（2024）04-0150-09

藍藻（Cyanobacteria）也稱藍細菌，是光合產(chǎn)氧細菌，生態(tài)位廣泛，特別是在維持水環(huán)境的生態(tài)平衡中發(fā)揮著重要作用。由于藍藻生長易受環(huán)境污染影響，因此常被用作水體污染指示生物。抗生素和重金屬是環(huán)境中持久存在的常見污染物，易通過土壤滲濾、地表徑流、大氣沉降、雨水沖刷等方式進入水環(huán)境，進而對水生態(tài)系統(tǒng)造成危害。

抗生素是一類具有抗細菌、真菌活性的合成或半合成物質，被廣泛的應用于醫(yī)藥業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，使用量最多的2 類抗生素分別是磺胺類和四環(huán)素類［1］。目前已在地表水、地下水、飲用水中廣泛檢出多種抗生素，如磺胺類、四環(huán)素類、大環(huán)內酯類、喹諾酮類、三甲嘧啶類等［2-3］，其中，我國江河湖泊中磺胺甲噁唑（sulfamethoxazole，SMX）的檢出質量濃度是3～193 ng/L，地表水中四環(huán)素（tetracycline，TC）的檢出質量濃度是22.98～258.45 ng/L［4］。Cd是一種生物體非必需的元素，被廣泛應用于制造業(yè)、采礦業(yè)及農(nóng)業(yè)［5-6］。盡管我國地表水國家質量標準（GB 3838—2002 地表水環(huán)境質量標準）規(guī)定Ⅴ類地表水中鎘含量不應高于10 μg/L，農(nóng)漁用水鎘含量不超過5 μg/L，但實際水體中鎘含量通常遠高于國標，甚至超過我國I 類綜合廢水鎘最高排放量（0.1mg/L）［7］。來源于醫(yī)藥業(yè)和農(nóng)漁業(yè)污水中的抗生素易與工農(nóng)業(yè)和制造業(yè)廢水中的重金屬發(fā)生絡合作用，從而改變母體抗生素/重金屬的環(huán)境行為和毒性效應［8］，使生態(tài)風險的評估工作更加困難。

目前，關于單一/多種抗生素和單一/多種重金屬對藻類的毒性研究已有許多，抗生素和重金屬的存在均會不同程度地影響藻體的生物功能，如破壞抗氧化系統(tǒng)［9］、損傷光合裝置［10］、改變細胞形態(tài)及超微結構［11］、影響基因表達［12］等。自然環(huán)境往往存在更多、更復雜的污染物，故學者們開始將研究重點轉向抗生素和重金屬復合污染對生物體的影響，主要研究對象集中于土壤細菌［13］、豬廢水分離菌［14］及高等植物。然而，用藻類作為材料開展的相關研究較少，且相關試驗中所用污染物的濃度遠遠高于其在環(huán)境中的濃度。因此，本研究采用我國最常用的2 類抗生素代表（磺胺甲噁唑和四環(huán)素）及重金屬（鎘），以環(huán)境相關濃度對集胞藻進行單一和復合處理，從生理、生化和基因表達層面揭示上述污染對其抗氧化系統(tǒng)、光合系統(tǒng)及其他防御系統(tǒng)的生物毒性，以期為制訂環(huán)境評估標準提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選取集胞藻PCC6803（Synechocystis sp.PCC6803，后文中統(tǒng)一簡稱為集胞藻）作為研究對象，該菌株由筆者所在實驗室保存。污染物處理前，預培養(yǎng)藻體約2 周，具體步驟為：將藻液接種至裝有100 mL 無菌BG11 的容積為250 mL 的錐形瓶，使初始接種量為D730 nm=0.1，將錐形瓶置于光照搖床（30 ℃，150 r/min，50～100 μmol/（m2·s））培養(yǎng)4 d，待藻液長至D730 nm 約為0.5 時轉接到新鮮的無菌BG11培養(yǎng)基中，重復上述步驟3～4 次。預培養(yǎng)結束后進行污染物處理試驗，具體步驟為：將經(jīng)過預培養(yǎng)的藻液培養(yǎng)至D730 nm=0.5 后轉接至裝有30 mL 無菌BG11 的50 mL 錐形瓶中，使藻體初始接種量為D730 nm=0.05，根據(jù)試驗設計向各錐形瓶中加入污染物后于光照搖床中暴露培養(yǎng)96 h，培養(yǎng)條件為30 ℃，150 r/min，50～100 μmol/（m2·s）。

1.2 暴露試驗污染物質量濃度設置

根據(jù)自然水體、制藥廠及醫(yī)療機構、工廠附近等高污染風險的水體中四環(huán)素（tetracycline，TC）、磺胺甲噁唑（sulfamethoxazole，SMX）及鎘離子（Cd2+）含量的污染狀況，本試驗污染物暴露質量濃度設置如表1，每個質量濃度設置3 組平行試驗組。

1）生長試驗。將集胞藻接種至D730 nm=0.05 后培養(yǎng)，在接種后0、24、48、72、96 h 取樣，用可見分光光度計測定波長為730 nm 處的吸光度值（D730 nm），以此作為集胞藻生長曲線指標。

2）光合作用系統(tǒng)。①光合色素測定［15］。取接種后96 h 的集胞藻藻液2 mL，離心（12 000 r/min，5 min），棄上清。再向管中加入2 mL N，N-二甲基甲酰胺（DMF）重懸沉淀，均勻混合后靜置10 min，再次離心（12 000 r/min，2 min），取上清待測。用分光光度計于波長為663、645、450 nm 處測吸光值，空白對照為DMF。葉綠素a（Chla）含量、類胡蘿卜素（carotenoids）含量計算公式分別如下：

Cchla = 12.7 × D663 nm - 2.35 × D645 nm （1）

Ccarotenoids = 4.1 × D450 nm - 0.553 -D663 nm + 0.118 × D645 nm （2）

②光合活性測定［16］。本研究使用便攜式調制葉綠素熒光分析儀（PAM-2500）測定集胞藻的葉綠素熒光參數(shù)Fv/Fm（光系統(tǒng)Ⅱ反應中心的最大光合效率）。取接種96 h 的藻液2 mL，暗適應10～15 min后，測得Fv/Fm。

3）抗氧化系統(tǒng)。本研究中ROS 測定試驗使用活性氧檢測試劑盒（北京碧云天生物科技公司）。SOD酶活性測定使用總SOD 活性檢測試劑盒（北京碧云天生物科技公司）。細胞膜膜脂過氧化分析使用MDA 含量試劑盒（北京碧云天生物科技公司）。

4）其他防御系統(tǒng)。①酯酶活性。本試驗采用熒光素二乙酸酯給細胞染色的方法進行酯酶活性的測定，數(shù)據(jù)由流式細胞儀配套軟件產(chǎn)出。FDA 儲備液使用丙酮作為溶劑，濃度為1 mmol/L，避光儲存于?20 ℃冰箱中。取接種96 h 的藻液2 mL，經(jīng)48 μm濾膜過濾，加入FDA，使終濃度為25 μmol/L，置于37 ℃ 恒溫培養(yǎng)箱，避光溫育10 min，F(xiàn)DA 熒光由FITC 通道收集。本試驗先根據(jù)細胞酯酶活性是否被抑制將細胞劃分為FDA-和FDA+2 種細胞狀態(tài)，前者用100 ℃水浴處理后用FDA 染色，后者直接用FDA 染色不做任何處理；統(tǒng)計后者和所有濃度試驗組中FDA+細胞的平均熒光強度值，結果以試驗組熒光強度與對照組熒光強度的百分比表示。

②細胞膜完整性。細胞膜完整性使用碘化丙啶（propidium iodide，PI）進行細胞染色，用流式細胞儀及其配套軟件分析數(shù)據(jù)。PI 儲備液使用DMSO 作為溶劑，儲備液濃度為1 mmol/L，避光儲存于4 ℃冰箱中。取1 mL 接種96 h 的集胞藻，經(jīng)48 μm 濾網(wǎng)過濾后，向藻液加入PI，使終濃度為10 μmol/L，于25 ℃避光溫育10 min，PI 熒光由PE 通道收集。熒光結果分析與酯酶活性結果分析方法相同。

③EPS 含量。EPS 中多糖含量測定使用苯酚-硫酸法［17］。取接種96 h 的集胞藻2 mL，離心（2 500r/min，15 min，4 ℃），收集上清；用0.05% NaCl 溶液重懸剩余藻體，離心（5 000 r/min，15 min，4 ℃）收集上清；再次用0.05% NaCl 溶液重懸剩余藻體并加熱（60 ℃，30 min），離心（15 000 r/min，20 min，4 ℃），收集上清，將混合液搖勻待測。測定EPS 含量前，用烘干的無水葡萄糖制作標準溶液，并以x 軸為葡萄糖溶液的質量濃度（mg/L），y 軸為D490 nm值，繪制葡萄糖標準曲線。用分光光度計測定樣品的D490 nm值，代入葡萄糖標準曲線換算出EPS 的多糖含量。

1.3 功能基因表達

從接種96 h 的集胞藻樣品中提取RNA。使用HiScriptⅡQ RT SuperMix for qPCR（+gDNA wiper）（Vazyme，China）試劑盒消解樣品中的殘余DNA以獲得cDNA。qPCR 的引物參考Hu 等［18］報道的方法。在qPCR 中，使用rnpB 作為內參基因。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究使用R 語言的rstatix 包進行單因素方差分析，使用agricolae 包進行組間多重比較分析，使用R 語言的ggplot2 包繪圖。

2 結果與分析

2.1 抗生素、Cd2+單一及復合污染對集胞藻生長的影響

圖1 是常見污染質量濃度（100 ng/L）的單一抗生素和不同濃度梯度的單一Cd2+對集胞藻生長的影響。由圖1A 可知，TC 處理組的D730 nm值與對照組無顯著差異，而SMX 處理組顯著高于對照組（Plt;0.05）。結果表明，100 ng/L TC 處理對集胞藻的生長無明顯影響，而SMX 刺激其生長。低質量濃度（0.001、0.01、0.1 mg/L） Cd2+與對照組無顯著差異，而較高質量濃度（gt;0.1 mg/L） Cd2+對集胞藻的生長起抑制作用。隨著Cd2+質量濃度的升高，集胞藻的生長抑制增強，當Cd2+質量濃度達到1 mg/L 時，集胞藻的生長幾乎完全被抑制（圖1B）。Cd2+對集胞藻的96 h-EC50為0.53 mg/L。為了探究抗生素和鎘復合污染對集胞藻的影響，選取2 個具有代表性的Cd2+濃度，即環(huán)境安全質量濃度（0.001 mg/L）和近半效應質量濃度（0.5 mg/L）進行試驗，并分別命名為Cd1 和Cd2。探究抗生素與Cd2+復合污染對集胞藻生長的影響（圖1C、圖1D）。結果顯示，TC+Cd1組與對照組和Cd1 組均無顯著差異，而SMX+Cd1組顯著高于對照組和Cd1 組（Plt;0.05），說明TC 與Cd1 共存對藻的生長無明顯影響，而SMX 與Cd1 共存時對集胞藻的生長起促進作用，該促進作用應該是由SMX 所引起。TC+Cd2 與Cd2 組無顯著差異，SMX+Cd2 組顯著高于Cd2 組（Plt;0.05），說明SMX拮抗Cd2 對集胞藻生長的抑制作用，而TC 對Cd2 抑制集胞藻生長的作用無明顯影響。

2.2 抗生素、Cd2+單一及復合污染對集胞藻光合作用的影響

葉綠素熒光參數(shù)Fv/Fm可以反映藻類PSⅡ的最大光化學效率，也能指示光合裝置的光化學活性。光合色素是藻類進行光合作用的重要物質，當遭受脅迫時其含量會發(fā)生變化，能間接指示藻類的生長狀態(tài)，因而常被作為評價污染物對藻類毒性的生化指標。為探究抗生素和Cd2+的單一及復合污染對集胞藻的光合作用的影響，測定了處理條件下暴露96 h集胞藻的葉綠素熒光參數(shù)Fv/Fm（圖2A），Cd1 組與對照組的葉綠素熒光參數(shù)無顯著差異，而TC、SMX組Fv/Fm 值顯著（Plt;0.05）高于對照組，并分別較對照組升高14.26%、17.56%，說明環(huán)境安全濃度下的鎘對集胞藻光系統(tǒng)Ⅱ的活性沒有顯著影響，但環(huán)境污染濃度下，TC、SMX 對集胞藻光系統(tǒng)Ⅱ的活性起刺激作用。而復合處理時，SMX+Cd1 組的Fv/Fm值較對照組升高了22.75%，顯著（Plt;0.05）高于Cd1組，但與SMX 組沒有顯著差異，這說明SMX 與Cd1共存時刺激集胞藻的光系統(tǒng)Ⅱ，且SMX 發(fā)揮了主要作用。Cd2 組的Fv/Fm 值比對照組降低了65.75%（Plt;0.01），這說明高濃度的Cd2+導致光系統(tǒng)Ⅱ被損壞，光合活性被嚴重抑制。TC+Cd2 組的Fv/Fm 值與Cd2 組無顯著差異，而SMX+Cd2 組與Cd2 組存在顯著差異（Plt;0.05），這說明TC 的存在對高濃度Cd2+造成的光系統(tǒng)Ⅱ的損傷無明顯影響，而SMX 能顯著緩解該損傷。

同時還考察了上述污染對集胞藻中葉綠素a（圖2B）和類胡蘿卜素（圖2C）含量的影響。單一抗生素和Cd1 組無論在單獨存在還是共存時，光合色素含量與對照組均無顯著差異，但SMX+Cd1 組葉綠素a的含量顯著（Plt;0.05）高于Cd1 組，說明上述處理對藻葉綠素a 合成雖均無明顯影響，但SMX 與Cd1 共存時，SMX 對葉綠素a 合成起促進作用。Cd2組的葉綠素a 和類胡蘿卜素含量分別顯著低于對照組51.4% 和54.27%，說明高濃度Cd2+可能通過抑制合成葉綠素a 和類胡蘿卜素來減弱光合作用。TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組的葉綠素a 含量和類胡蘿卜素含量與Cd2 組無顯著差異，說明TC、SMX 均未顯著影響Cd2 對葉綠素a 和類胡蘿卜素合成的抑制。

2.3 抗生素和Cd2+單一及復合污染對集胞藻抗氧化系統(tǒng)的影響

ROS 是細胞正常代謝的產(chǎn)物，健康細胞ROS 的產(chǎn)生與清除保持動態(tài)平衡，當細胞受到高鹽、干旱等非生物脅迫時，ROS 在胞內被大量積累會導致細胞膜上不飽和脂肪酸過氧化，脂肪酸降解后產(chǎn)生MDA，其含量可反映藻類膜系統(tǒng)脂質過氧化的程度。超氧化物歧化酶（SOD）是抗氧化系統(tǒng)的核心成員之一，通常最先參與清除ROS，主要用于催化超氧陰離子歧化為H2O2和O2，從而達到為細胞解毒的作用。由圖3 可知，TC、SMX、TC+Cd1、SMX+Cd1組的ROS 相對含量、MDA 相對含量、SOD 相對酶活性均與對照組無顯著差異，說明上述處理對集胞藻的抗氧化系統(tǒng)無明顯影響。Cd2 組的ROS 相對含量、MDA 相對含量、SOD 相對酶活性均極顯著高于對照組（Plt;0.01），分別較對照組升高113.02%、61.53%、100.57%，這表明高濃度Cd2+造成集胞藻抗氧化系統(tǒng)的損傷，ROS 不能被及時清理而大量積累于細胞內，細胞膜上的不飽和脂肪酸被大量過氧化，細胞為了更好的生存，增強SOD 酶活以清除ROS。TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組的ROS 相對含量顯著低于Cd2 組（Plt;0.05），表明TC 和SMX 的存在可以減少Cd 引起的ROS 含量升高。Cd2 組胞內的MDA、SOD 相對含量極顯著（Plt;0.01）高于對照組，SMX+Cd2 組SOD、MDA 相對含量顯著（Plt;0.05）低于Cd2組，TC+Cd2 組與Cd2 組SOD、MDA 相對含量無顯著性差異。結果表明，SMX 能緩解高濃度Cd2+造成的氧化損傷，這使得細胞產(chǎn)生的ROS 減少，SOD 酶的活性相應降低，膜脂過氧化程度減弱；而TC 無明顯的緩解作用。

2.4 抗生素和Cd2+單一及復合污染對集胞藻其他防御系統(tǒng)的影響

酯酶屬于溶酶體酶類的水解酶，能夠降解和清除入侵毒物，其活性的高低可以反映細胞新陳代謝和抵御毒物的能力。本研究使用FDA 染色法測定其含量，F(xiàn)DA 作為熒光探針被非特異性酯酶水解，產(chǎn)生熒光素，通過熒光強度可以定量分析細胞的酯酶活性。TC、SMX、Cd1 組的FDA 相對平均熒光強度與對照組無顯著差異，而TC+Cd1 組、SMX+Cd1 組分別顯著（Plt;0.05）高于對照組91.13%、212.61%（圖4A）。這表明低濃度的抗生素、Cd2+單獨存在對集胞藻的酯酶活性無明顯影響，而兩者復合污染時發(fā)揮協(xié)同作用，增強了集胞藻的酯酶活性。Cd2 組的FDA 相對平均熒光強度極顯著（Plt;0.01）高于對照組564.95%，表明Cd2 觸發(fā)了集胞藻的自我修復機制，酯酶為清除異物提高自身活性，細胞代謝活動增強。此外，Cd2 組的生長情況弱于對照組，而酯酶活性高于對照組，這暗示著藻類在此種生存環(huán)境下，能量轉移重心可能從生長轉移至代謝。TC+Cd2 組FDA 相對平均熒光強度顯著低于Cd2 組（Plt;0.05），而SMX+Cd2 組FDA 相對平均熒光強度顯著（Plt;0.05）高于Cd2 組，表明TC 減弱了高濃度Cd2+對集胞藻酯酶活性的影響，而SMX 的存在對集胞藻酯酶活性的增強起協(xié)同作用。

細胞膜是除細胞壁外用于隔絕外源物入侵細胞的重要屏障，是藻細胞能夠正常進行生理代謝的必要保證，因此研究其完整性能間接判斷藻細胞的生理狀態(tài)。PI 是一種核酸染料，當細胞膜完整時，PI 不能穿過膜與核酸結合，但當細胞膜受損時，PI 能通過膜受損區(qū)域進入細胞，并與核酸結合后發(fā)出熒光，因此其熒光強弱可以指示細胞膜受損的嚴重程度。TC、SMX、Cd1、TC+Cd1、SMX+Cd1 組的PI 相對平均熒光強度均與對照組無顯著差異，這表明上述處理對集胞藻細胞膜的完整性無顯著影響（圖4B）。Cd2 組PI 的相對平均熒光強度較對照組顯著（Plt;0.05）升高了20.84%，表明集胞藻的細胞膜完整性受到高濃度Cd2+ 的顯著破壞。TC+Cd2 組和SMX+Cd2 組的PI 相對平均熒光強度分別較對照組顯著（Plt;0.05）升高了21.32% 和17.58%，但與Cd2組無顯著差異，表明TC、SMX 均不能影響Cd2 對細胞膜完整性造成的破壞。

胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）是由細胞產(chǎn)生的混合次級代謝物，主要由多糖、蛋白質、核酸和脂質組成［19］，當細胞處于脅迫環(huán)境時，會通過增加分泌胞外聚合物來抵御毒物入侵。本研究針對大多物種胞外聚合物中的主要成分—胞外多糖（exopolysaccharide，PS），來探索集胞藻的毒物抵御能力（圖4C）。結果顯示，TC、SMX、Cd1 組均與對照組無顯著差異，TC+Cd1 組顯著（Plt;0.05）高于對照組18.31%。這表明TC、SMX、Cd1 單獨存在時，對集胞藻胞外多糖的分泌無明顯影響，而TC 與Cd1 共存時會協(xié)同刺激集胞藻分泌胞外多糖。Cd2組的胞外多糖極顯著（Plt;0.01）高于對照組46.61%，TC+Cd2 組與Cd2 組無顯著差異，SMX+Cd2 組顯著（Plt;0.05）低于Cd2 組。這表明Cd2 對集胞藻的生存造成了脅迫，集胞藻通過分泌大量胞外聚合物以抵御高濃度Cd2+的入侵；TC 對Cd2 誘發(fā)胞外多糖的分泌無明顯影響，但SMX 能減弱Cd2 對集胞藻的毒性作用而使胞外多糖的分泌相應減少。

2.5 抗生素和Cd2+單一及復合污染對集胞藻功能基因表達的影響

本研究進一步探索了上述污染物對集胞藻功能基因表達的影響（圖5）。psbA2 是光合作用相關基因，編碼光系統(tǒng)Ⅱ反應中心的D1 蛋白。TC、SMX、Cd1、TC+Cd1、SMX+Cd1 組中，集胞藻psbA2 的表達量與對照組無顯著差異，而Cd2 組、TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組均顯著（Plt;0.05）低于對照組，且TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組均與Cd2 組無顯著差異，說明高濃度Cd2+抑制了psbA2 的表達，這與前述高濃度Cd2+降低了集胞藻光系統(tǒng)Ⅱ活性結果一致。sodB、katG 分別編碼超氧化物歧化酶和過氧化物酶-過氧化氫酶。TC、SMX、Cd1、TC+Cd1、SMX+Cd1 組的sodB 和katG 的相對表達量與對照組的無顯著差異，而Cd2 組、TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組的sodB 相對表達量被顯著上調，TC+Cd2 組與Cd2 組無顯著差異，SMX+Cd2 組顯著低于Cd2 組；Cd2 組、TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組的katG 相對表達量均被顯著下調，TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組與Cd2 組的katG 相對表達量無顯著差異，說明高濃度Cd2+會使集胞藻抗氧化系統(tǒng)受損，SMX 有一定的緩解作用，而TC 無明顯的緩解作用。這與ROS 含量增加、SOD酶活增加、MDA 含量增加現(xiàn)象一致。

rfbF 編碼葡萄糖-1-磷酸轉移酶，參與多糖代謝，TC 組、SMX 組、Cd1 組、TC+Cd1 組、SMX+Cd1 組的相對表達量與對照組的無顯著差異，而Cd2 組、TC+Cd2 組、SMX+Cd2 組的相對表達量均顯著上調，且TC+Cd2、SMX+Cd2 組與Cd2 組間無顯著差異，說明集胞藻受到高濃度Cd2+脅迫后增加多糖代謝，TC 和SMX 均不能顯著緩解。

3 討論

目前國內外關于抗生素與重金屬聯(lián)合處理對藻類的研究較少，大多數(shù)是高濃度脅迫的報道，關于抗生素或重金屬對藻類的影響的研究都不夠系統(tǒng)，有的只著重探索了脅迫對光合作用的影響［10］，有的只探索了藻類的抗氧化系統(tǒng)的響應［9］，且均只針對藻類整體，對細胞水平的研究較少。本研究用四環(huán)素/磺胺甲噁唑、Cd2+對集胞藻進行了單一及復合處理，從生理、生化、基因表達層面，揭示了上述污染物對藻光合系統(tǒng)、抗氧化系統(tǒng)及其他防御系統(tǒng)造成的影響。100 ng/L SMX 促進集胞藻生長、增強光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）光合活性，100 ng/L TC 和低質量濃度0.001mg/L Cd2+對集胞藻無顯著影響。0.5 mg/L Cd2+顯著抑制集胞藻的生長，破壞其光合系統(tǒng)及抗氧化系統(tǒng)，刺激胞外多糖的分泌。100 ng/L TC 與0.001mg/L Cd2+共存時，對增強酯酶活性、刺激分泌胞外多糖起協(xié)同作用；100 ng/L SMX 與0.001 mg/LCd2+共存時，對增強酯酶活性起協(xié)同作用，與0.5mg/L Cd2+ 共存時，100 ng/L SMX 能緩解高濃度Cd2+對集胞藻細胞的生長及PSⅡ活性的抑制，降低氧化損傷程度，而TC 不能顯著緩解高濃度Cd2+對集胞藻細胞的損傷。這些結果提示我們，在評估污染物對生物體的毒性時，還應考慮環(huán)境中是否存在其他物質與待評估的污染物存在拮抗或者協(xié)同作用，以免對污染物的污染情況及生態(tài)風險造成錯誤評估。

本研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境常見污染濃度的SMX 能夠促進集胞藻的生長，這可能是其引發(fā)了集胞藻的毒性興奮效應。SMX 是四氫葉酸合成酶抑制劑，抑制合成葉酸前體，而葉酸和生長密切相關［20］。低劑量的SMX 引發(fā)集胞藻的過度補償，因此體現(xiàn)出過度刺激，激活四氫葉酸合成酶，進而引發(fā)葉酸含量增加，最終被促進生長，未來可以去探索SMX/TC 與Cd2+的絡合試驗，以更好揭示致毒機制。目前，雖已有研究報道了單一抗生素/重金屬與藻類胞外聚合物（EPS）發(fā)生作用的結合位點［19］，但沒有對抗生素和重金屬共存與藻EPS 的作用機制展開研究?？股嘏c重金屬共存環(huán)境下容易形成抗生素-重金屬絡合物（antibiotic-metal complexes，AMC）［8］，AMC 的理化性質不同于母體抗生素及重金屬，因此，可以先用分子對接技術預測其與EPS 的結合位點，再通過相關試驗驗證抗生素、重金屬復合污染下，細胞的EPS 組成及AMC 與EPS 的相互作用位點。此外，藻類常作為去除水中污染物的生物載體，接下來可以從藻類凈化污染物的角度出發(fā)，探究抗生素在藻類中的降解途徑及降解產(chǎn)物、重金屬在藻類中的吸附及轉化途徑等，以便更好地開發(fā)污染治理的方法。

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（責任編輯：陸文昌）