水环境典型头孢类抗生素的生态风险研究

当前对水环境头孢类抗生素"假性持久性"污染问题缺乏科学认识，本项目在前期研究基础上，以典型头孢类抗生素为切入点，详细研究其在单一/联合以及复合污染条件下，对几种模式生物的急/慢性毒性、氧化应激响应以及对外排泵等分子标识物活性的影响；利用LC/MS/MS鉴别降解产物，并研究关键产物的环境行为和生态毒性效应；探明该类抗生素对敏感模式生物的最低有效应浓度（LOEC）和无效应浓度（NOEC），并将生态毒性数据与前期项目研究中建立的预测模型、获得的去除率和环境行为数据等有机整合，采用风险比值法、急慢性比值（ACR）和Huggett杠杆模型等来系统评价头孢类抗生素的生态风险。研究成果将突破当前研究盲点，为客观认识水环境中该类抗生素的生态风险提供科学依据。本项目系统的整合相关数据，并创新的引入外流泵作为分子标识物，开展的方法体系对水环境中抗生素及其他新生污染物的生态风险研究有重要参考价值。

头孢类抗生素已成为当今应用最广泛的抗生素类药物，大量头孢类抗生素原药和代谢产物被源源不断地排入水环境中，对水环境和水生物产生潜在危害。本项目首先对水体中头孢类抗生素的分析方法进行了优化，并用于实际样品进行检测分析。7种头孢类抗生素在城市污水处理厂的进水中均可检出（浓度范围0.33-10.11μg/L），然而在出水中只有三种可以检出，分别为头孢氨苄、头孢拉定和头孢哌酮，浓度范围为0.84-1.76 μg/L。头孢类抗生素对羊角月牙藻的生长抑制作用弱于四环素类抗生素，但头孢类抗生素降解产物的毒性比头孢抗生素原体要高。高浓度的头孢氨苄（1000 μg/mL）及头孢类抗生素的代谢产物7-ACA（960μg/mL）对羊角月牙藻的生长抑制率依次为46.6% 和55.8%。将浓度为100μg/mL的头孢氨苄和头孢拉定分别与不同浓度的四环素二元混合，当四环素浓度较低（0.25 μg/mL）时，混合体系对羊角月牙藻的抑制作用与单一四环素相比影响较大，抑制率顺序为头孢氨苄＋四环素 > 单一四环素 > 头孢拉定＋四环素。考察了5种头孢类抗生素及1种代谢产物对嗜热四膜虫的生长抑制作用。低浓度头孢氨苄和头孢拉定对四膜虫生长无明显作用，而当浓度达到100 mg•L-1时，对嗜热四膜虫的生长存在明显刺激作用，24h最高促进率分别达到288.94%和175.93%。进一步用荧光探针碘化丙啶（PI）检测嗜热四膜虫细胞膜的损伤，结果发现头孢氨苄和头孢拉定暴露组的PI荧光值相对低于对照组，可能是因为这两种物质对嗜热四膜虫细胞膜具有保护作用。在低浓度头孢拉定（≤100 μg/mL）作用下，嗜热四膜虫的溶酶体活性增强，但高浓度的头孢拉定（200 μg/mL）使溶酶体活性显著降低。暴露24h，低浓度（1 μg/L）头孢氨苄和头孢拉定均可对嗜热四膜虫的超氧化物歧化酶和乳酸脱氢酶的活性产生显著影响，使四膜虫处于抗氧化应激状态。另外，试验未观察到头孢抗生素对四膜虫外流泵的影响，但其他抑菌剂如三氯生、三氯卡班表现出一定抑制效应。虽然基于生长抑制指标，风险比值法没有提示出头孢抗生素生态风险，但分子指标变化提示头孢类抗生素在环境相关浓度水平对水生生物的影响值得关注。本项目为水环境中抗生素的生态风险评价提供了重要基础数据。