抗生素对海洋生物的生态毒理效应
作者:sio
时间:2023年01月11日
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  自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室(MED)近海生态研究团队在抗生素对海洋生物的生态毒理效应方面取得新进展,相关成果发表在生态环境领域TOP期刊Environmental Pollution。

  近年来,环境中的抗生素已经成为卫生健康、民生保障、国家安全领域的关注点之一 。针对抗生素分布及其生态效应等问题,研究团队近三年来与上海海洋大学、宁波大学等单位合作,开展了野外调查和室内实验研究。本研究主要以典型抗生素诺氟沙星和重要养殖鱼种--大黄鱼为对象,在MED浙江野外合作实验基地运用实验生态学手段取得了该领域的一些新认知。

  抗生素是当前全球使用量最大、实际应用最广泛的药物之一。2013我国抗生素年产总量高达24.8万吨,使用量达16.2万吨。然而,由于利用转化率低、传统水处理工艺难降解、高持久性等因素,未被妥善处理的抗生素会与污水处理厂的尾水一起排放进入水环境。研究表明,全球65%的河流中检出抗生素成分,而我国渤海、黄海、东海和南海4个海区检出45种。尽管大多数报道的水体中抗生素类药物浓度小于1 微克/升,但局部海域,如渤海湾水体中检测浓度高达6.8 微克/升。抗生素可能诱导水生生物产生氧化应激、造成免疫毒性、神经毒性,影响其生长、行为、繁殖等生命过程,最终影响水生态系统安全。


诺氟沙星对大黄鱼幼鱼的影响示意图

 大黄鱼是我国最大规模的海水网箱养殖鱼种,也是海水鱼类区系的重要组成部分。根据《2019年中国渔业统计年鉴》,2018年大黄鱼养殖产量为19.8万吨。大黄鱼产业的发展创造了巨大的社会效益和经济效益,但亦存在诸如养殖环境污染、品质退化、病害频发等问题。养殖水域频繁检出抗生素,一些报道中抗生素浓度达78.29 纳克/升。因此,研究抗生素对大黄鱼的生理生态影响对于海洋环境管控和食品安全保障均具有重要意义。

  本研究通过室内受控实验方法,模拟养殖海域中常见的抗生素--诺氟沙星浓度,旨在评估诺氟沙星对大黄鱼幼鱼的氧化应激、神经毒性和肠道微生物等的影响。结果表明,诺氟沙星抑制了大黄鱼幼鱼生长并威胁其生存。根据肠道菌群变化,我们发现诺氟沙星会导致肠道菌群的多样性显著降低。其中,变形菌门相对丰度降低,而厚壁菌门的相对丰度升高。从微生物的功能预测来分析,发现诺氟沙星抑制了幼鱼新陈代谢,细胞防御和信息传递等过程。不仅如此,我们还发现诺氟沙星诱导幼鱼的氧化应激和神经毒性,包括丙二醛升高,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和乙酰胆碱酯酶的活性降低。通过微生物指标和生化指标的相关性分析推测,这些损伤很可能由肠道微生物菌群的改变所引发。此外,研究还发现生化指标与生长、死亡率之间同样具有高度相关性,表明上述过程可能会进一步抑制幼鱼生长,甚至导致死亡。尽管低暴露浓度的诺氟沙星并未影响幼鱼存活率,但也可导致其肠道菌群失调并引发肠道功能紊乱。

  近年来,研究团队围绕近海生态系统健康关键过程,开展了抗生素、微塑料、阻燃剂等新兴污染物对海洋生物的影响及机制研究。诺氟沙星作为近海常见新兴污染物,准确评估其对养殖生物的生态毒理效应对于合理评估污染对生态系统的生态风险,保障食品安全等均具有重要的科学意义。


引用:

Wang X.H., Hu M.H., Gu H.X., Zhang L.B., Shang Y.Y., Wang T., Wang T.Y., Zeng J.N., Ma L.K., Huang W*., Wang Y.J. 2020. Short-term exposure to norfloxacin induces oxidative stress, neurotoxicity and microbiota alteration in juvenile large yellow croaker Pseudosciaena crocea. Environmental Pollution. 267,115397.