微塑料对盐酸四环素生物毒性的影响及作用机制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjy2673237
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随着抗生素和塑料制品在工业和生活中的过量使用,导致水体环境中的抗生素和微塑料污染日趋严重。抗生素能够对水生生物的生长繁殖等生理功能造成严重损伤。而微塑料不仅自身会对水生生物造成不良影响,还由于其具有体积小、比表面积大和疏水性强等特征,导致微塑料很可能吸附水体环境中的抗生素并最终改变其生物毒性。而目前关于微塑料对抗生素生物毒性的综合影响,特别是关于微塑料影响抗生素对微藻毒性的机制研究较少。因此,为探究微塑料对抗生素生物毒性的影响及作用机制。利用聚苯乙烯微塑料(PS)和盐酸四环素(TC)作为典型的微塑料和抗生素,以微藻Chlamydomonas sp.JSC4作为受试生物展开研究。探究了PS存在的条件下,TC对Chlamydomonas sp.JSC4生理生化、去除污染物效能和光合活性的影响变化情况。通过利用分子动力学和转录组学等技术手段,阐明了PS改变TC对Chlamydomonas sp.JSC4生物毒性的作用机制。首先,探究了PS存在的条件下,TC对Chlamydomonas sp.JSC4生理生化和去除污染物的影响变化情况。发现PS有效降低了TC对Chlamydomonas sp.JSC4的生长抑制作用。在实验第6d,1 mg/L、3 mg/L和5 mg/L TC对Chlamydomonas sp.JSC4的生长抑制率分别降低了9.46%、11.53%和13.20%。PS可以缓解TC对Chlamydomonas sp.JSC4的氧化胁迫。在PS存在的条件下,Chlamydomonas sp.JSC4胞内的超氧化物歧化酶(SOD)指数和过氧化氢酶(CAT)指数在实验第2d分别下降了5.63-21.32 U/mg protein和4.11-62.53U/g/min。同时,PS减小了TC对Chlamydomonas sp.JSC4细胞膜等细胞结构的破坏程度。PS还有效减轻了TC对Chlamydomonas sp.JSC4脱氮除磷效能的抑制作用。此外,通过分析TC的去除途径,发现PS主要通过增强Chlamydomonas sp.JSC4的生物降解和表面吸附能力来强化Chlamydomonas sp.JSC4对TC的去除效能。其次,探究了PS存在的条件下,TC对Chlamydomonas sp.JSC4光合活性的影响变化情况。发现PS减弱了TC对Chlamydomonas sp.JSC4胞内光合色素合成的抑制作用。在实验第2d,引入PS之后,暴露于1 mg/L、3 mg/L和5 mg/L TC的Chlamydomonas sp.JSC4胞内叶绿素a含量分别增加了19.88%、99.44%和44.05%。叶绿素b和类胡萝卜素含量分别增加了13.26-134.75%和6.52-30.25%。叶绿素荧光诱导曲线(OJIP曲线)的结果表明,PS减轻了TC对Chlamydomonas sp.JSC4光能利用效率的抑制作用。同时,PS增强了光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的电子传递能力,并且促进了PSⅡ受体侧电子传递链和供体测放氧复合体的恢复。光合参数的变化趋势进一步证明了PS能够显著缓解TC对Chlamydomonas sp.JSC4光合系统的破坏程度。最后,探究了PS改变TC对Chlamydomonas sp.JSC4生物毒性的作用机制。傅里叶变换红外光谱(FTIR)谱图表明PS能够通过π-π相互作用和氢键等非键相互作用对TC进行有效吸附。Zeta电位的结果表明PS和TC之间的相互吸附,减小了复合污染物与Chlamydomonas sp.JSC4的静电排斥。通过分子动力学模拟,进一步证明了PS能够有效吸附和拦截TC。通过转录组学的结果,发现PS能够显著削弱TC对Chlamydomonas sp.JSC4光合作用、合成核糖体和核糖体翻译等重要生理代谢通路的抑制作用。同时,还发现PS能够提高Chlamydomonas sp.JSC4对TC的解毒代谢能力。综上所述,推断出PS改变TC对Chlamydomonas sp.JSC4生物毒性的作用机制。PS通过氢键和范德华力等非键相互作用有效吸附和拦截TC,从而减轻了TC对Chlamydomonas sp.JSC4关键代谢通路的破坏和抑制作用。此外,PS还增强了Chlamydomonas sp.JSC4对TC的代谢和解毒能力。最终削弱了TC对Chlamydomonas sp.JSC4的生物毒性。本课题揭示了微塑料对抗生素生物毒性的具体影响及作用机制,为正确评估微塑料和抗生素对水生生物乃至水体生态系统的环境风险提供理论支撑。
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