典型大环内酯类抗生素光降解的生态毒性效应及机制研究

Macrolide antibiotics (MCLs) attracted widely attention because of their frequently detection in environment and high ecological risk. The photodegradation of MCLs is an important transformation way in aquatic environment. Recent researches demonstrated that the photodegradation of antibiotics may cause higher toxicity and pose higher ecological risk. However, the ecotoxicity effects and action mechanism of the photodegradation of antibiotics are still not clear. Therefore, this project plan to employ erythromycin and roxithromycin as target pollutants, choose typical freshwater green algea chlorella pyrenoidosa as test organism, study effects of the photodegradation of typical MCLs in the presence of natural organic matter (NOM) on the growth, chlorophyll content, malondialdehyde content and antioxidant enzyme system, elucidate the ecotoxic effects of the photodegradation of typical MCLs; Study the degradation byproducts of typical MCLs based on high performance liquid chromatography - mass spectrometer, explore the correlation between the degradation byproducts and the physiological and biochemical index of chlorella pyrenoidosa, identify the key toxic degradation byproducts, examine the combined toxic effect of key degradation byproducts and their parent compound; Study the accumulation of MCLs and their degradation byproducts in chlorella pyrenoidosa, intracellular reactive oxygen species content, and the expression of photosynthesis gene, reveal the toxic action mechanism of photodegradation of MCLs. The research outcomes can provide scientific basis for the ecological risk assessment and the establishment of environment quality standards of MCLs.

大环内酯类抗生素（MCLs）因其频繁检出和高生态风险而备受关注。光降解是水环境中MCLs的重要转化方式。最新研究表明，抗生素光降解后毒性增强，具有更高生态风险，但目前其毒性作用机制尚不清楚。为此，以红霉素和罗红霉素为目标污染物，选择淡水绿藻蛋白核小球藻为受试生物，在模拟日光照射下，通过添加天然有机质（NOM）模拟MCLs的光降解，研究其对绿藻的生长、叶绿素含量、丙二醛含量和抗氧化酶系统的影响，阐明MCLs光降解对绿藻的生态毒性效应；借助高效液相色谱-质谱联用仪鉴定光降解产物，研究降解产物与绿藻生态毒性效应的相关性，识别MCLs光降解过程中的关键致毒产物，探讨其与母体化合物的联合毒性效应；研究绿藻体内MCLs及降解产物的积累量、体内活性氧含量和光合基因表达差异，结合绿藻生理生化指标的响应，揭示MCLs光降解对绿藻的毒性作用机制，为MCLs的生态风险评估和环境质量标准的制定提供科学依据。

大环内酯类抗生素（MCLs）因其频繁检出和高生态风险而备受关注。光降解是水环境中MCLs的重要转化方式，但是，MCLs的光降解产物的生态毒性效应及其作用机制还不清楚。因此，本项目以红霉素和罗红霉素为目标污染物，以淡水绿藻蛋白核小球藻为受试生物，研究了红霉素和罗红霉素光降解前后对绿藻的生长、叶绿素含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量的影响，鉴别了罗红霉素的光降解产物，探讨了罗红霉素光降解前后对蛋白核小球藻基因表达的影响，揭示了罗红霉素光降解前后对蛋白核小球藻的毒性作用机制，主要结果如下：. （1）罗红霉素对绿藻的生态毒性（96h生长半数抑制浓度（EC50）为0.89mg/L）高于红霉素（EC50为11.78mg/L）。低浓度红霉素（<1mg/L）和罗红霉素（<0.25mg/L）暴露7d时对绿藻的生长无明显影响或有轻微的促进作用，但长时间暴露（14-21d）时则会显著抑制绿藻的生长并导致氧化损伤。. （2）在蛋白核小球藻暴露过程中，罗红霉素可通过非生物降解和生物降解作用去除，培养前14d时，非生物降解是罗红霉素去除的主要机制，而培养14-21d时，生物降解是罗红霉素去除的主要作用机制。. （3）罗红霉素光降解后对绿藻的生态毒性效应随光降解时间的延长而降低，罗红霉素光降解36h后对蛋白核小球藻的生长、叶绿素、SOD和CAT活性以及MDA含量无显著影响，说明罗红霉素光降解对绿藻表现为解毒作用。. （4）基于高效液相色谱高分辨质谱鉴别出20种罗红霉素的光降解产物，推断出罗红霉素的光降解路径为脱N-甲基、脱O-甲基、羟基化、肟侧链断裂、直接脱去克拉定糖和/或红霉脱氧糖胺。. （5）基于转录组学分析发现，罗红霉素（T0）主要通过抑制卟啉、叶绿素代谢和DNA复制相关基因的表达，从而抑制叶绿素的合成和绿藻的生长。T0和罗红霉素光降解48h（T48）处理组上调了大部分的光系统I、光系统II和碳固定相关基因的表达，说明绿藻对罗红霉素及其降解产物具有一定的抗性。. 研究成果为MCLs的生态风险评估和环境质量标准或基准的制定提供了科学依据。