3种氟喹诺酮联合暴露对铜锈环棱螺的急性致死效应_张小旭.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:湖南省教育厅科学研究项目青年项目(21B0511);吉首大学引进人员科研资助项目 第一作者:张小旭(1996),女,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20211215001张小旭,马陶武,李金曼,等.3 种氟喹诺酮联合暴露对铜锈环棱螺的急性致死效应J.生态毒理学报,2022,17(6):357-364Zhang X X,Ma T W,Li J M,et al.Acute lethal effects of combined exposure to 3 fluoroquinolones onBellamya aeruginosaJ.Asian Journal of Eco-toxicology,2022,17(6):357-364(in Chinese)3 种氟喹诺酮联合暴露对铜锈环棱螺的急性致死效应张小旭,马陶武,李金曼,罗奔向,周影茹,何兴兵,王萌*吉首大学生物资源与环境科学学院,吉首 416000收稿日期:2021-12-15 录用日期:2022-02-24摘要:氟喹诺酮类抗生素(fluoroquinolones,FQs)的大量使用导致其不可避免地进入水环境中,并对水生生物产生毒性作用。当前关于 FQs 生态毒理的研究大多是基于单独的某种 FQs,而关于不同 FQs 间联合作用的研究较少。本文以铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)幼体为受试生物,首先分别研究了环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)、诺氟沙星(norfloxacin,NOR)和左氧氟沙星(levofloxacin,LEVO)3 种 FQs 的急性致死效应,随后考察了 3 种 FQs 的联合毒性作用。结果表明,单一 FQ 暴露下随着暴露浓度升高和时间的延长,死亡率均呈现上升趋势,3 种 FQs 对铜锈环棱螺的急性毒性作用依次为 NOR(LC50:59.212 mg L-1)CIP(LC50:114.255 mg L-1)LEVO(LC50:123.706 mg L-1)。铜锈环棱螺对 FQs 暴露较为敏感,在 FQs 生态风险评价中有较大应用潜力。联合暴露结果表明,二元系统及三元系统联合毒性作用有所区别,与 FQs 种类、浓度和暴露时间长短有关,但最终都趋向于协同作用。本研究结果指示虽然 FQs 单一暴露毒性较弱,但不同 FQs 的联合作用导致毒性有所增强,应当予以重视并开展深入研究。关键词:氟喹诺酮;铜锈环棱螺;急性致死效应;联合毒性作用文章编号:1673-5897(2022)6-357-08 中图分类号:X171.5 文献标识码:AAcute Lethal Effects of Combined Exposure to 3 Fluoroquinolones on Bel-lamya aeruginosaZhang Xiaoxu,Ma Taowu,Li Jinman,Luo Benxiang,Zhou Yingru,He Xingbing,Wang Meng*College of Biology and Environmental Science,Jishou University,Jishou 416000,ChinaReceived 15 December 2021 accepted 24 February 2022Abstract:The massive use of fluoroquinolones(FQs)has led to their inevitable introduction into the aquatic envi-ronment and their toxic effects on aquatic organisms.Most of the current research on the ecotoxicology of FQs isbased on individual FQs,and there are fewer studies on the combined effects of different FQs.In this study,the a-cute lethal effects of three FQs,ciprofloxacin(CIP),norfloxacin(NOR),and levofloxacin(LEVO),were investiga-ted separately usingBellamya aeruginosalarvae as test organisms.And the combined toxic effects of the three FQswere investigated.The results showed that the mortality enhanced with the increased of exposure concentration andtime.The acute lethal effect of the three FQs onBellamya aeruginosawere in the order of NOR(LC50:59.212 mg L-1)CIP(LC50:114.255 mg L-1)LEVO(LC50:123.706 mg L-1).Bellamya aeruginosais sensitive to FQs ex-358 生态毒理学报第 17 卷posure and has great application potential in FQs ecological risk assessment.The combined exposure resultsshowed that the joint toxicity effects of binary and ternary system differed and were related to the type,concentra-tion and duration of exposure to FQs,but eventually tended to be synergistic.The results of this study indicate thatalthough the toxicity of a single FQs is relatively weak,but the combined action of different FQs resulted in en-hanced toxicity,which should be paid more attention to and carried out further research.Keywords:fluoroquinolones;Bellamya aeruginosa;acute lethal effect;combined toxicity 氟喹诺酮类抗生素(fluoroquinolones,FQs)是在以 4-喹诺酮为基本骨架的基础上引入氟原子,人工合成的一类抗生素1。FQs 通过抑制 DNA 的促旋酶和拓扑异构酶,阻碍 DNA 的正常转录和复制从而产生杀菌作用2。常用的 FQs 包括环丙沙星(ciprofloxacin,CIP)、诺氟沙星(norfloxacin,NOR)和左氧氟沙星(levofloxacin,LEVO)(表 1)。由于 FQs具有抗菌范围广、抗菌活性强和价格低等优点3,因此被广泛使用于人畜疾病的预防与治疗,其使用量近年来在世界范围内持续增长4。伴随 FQs 的大量使用,其不可避免地进入环境当中。水环境是 FQs的主要环境归宿5,近年来,FQs 在全球范围内的水体中被频繁检出。其中河流和湖泊中的平均检出浓度达到 ng L-1。如孙秋根等6对我国太湖流域中宜溧-洮滆水系中 FQs 的研究发现其中氧氟沙星(ofloxacin,OFL)的检出率达到60.5%,FQs 总检出浓度达到 127 1 210 ngL-1;Valds 等7在阿根廷的某河流中 67%的样本中检测到 FQs,其中 OFL 和CIP 在上覆水中的最高检出浓度分别为 69 ngL-1和 78 ng L-1;付雨等8在我国白洋淀水体中检测出 FQs 的浓度达到 0.738 2 004 ngL-1;Wagil等9对波兰河流中 FQs 检测发现,其检出浓度达到2.7 g L-1。已有大量研究表明,进入水环境中的 FQs 会对水生生物产生毒性作用,如导致水中微生物活性丧失和降低生物群落的多样性10。FQs 还会积累在鱼类的组织中,影响鱼的发育,损害其心血管和代谢系统,并改变鱼的抗氧化和免疫反应11。目前,关于FQs 对水生生物的急性毒性效应已引起了广泛关注,研究结果表明水生生物暴露于高浓度的 FQs 中会对其产生急性致死效应12-13。然而当前关于 FQs生态毒理的研究大多是基于单独的某种 FQs,而关于不同 FQs 联合作用的研究较少。在受 FQs 污染的水环境中,往往存在多种 FQs14。如 Du 等15对盐城沿海地区 25 种抗生素的分布调查中发现一份样品中至少检出 3 种以上的 FQs,且通过对 FQs 的风险评估发现单一 FQs 对水生生物的风险较低,而混合 FQs 产生的潜在风险可能高于预期风险;Liu等16调查胶州湾的湿地表层中 FQs,发现所有样品中都检测到了 FQs,共有 8 种 FQs,其中 NOR 对环境可能达到中风险水平。鉴于此,为了合理评估FQs 的潜在生态风险,需要针对不同种类 FQs 的联合生态毒理开展研究。表 1 3 种氟喹诺酮类抗生素(FQs)的分子结构Table 1 Molecular structure of 3fluoroquinolones(FQs)名称Chemical分子量a/(g mol-1)Molecular massa/(g mol-1)分子结构式aMolecular structurea诺氟沙星(NOR)Norfloxacin(NOR)319.336环丙沙星(CIP)Ciprofloxacin(CIP)331.347左氧氟沙星(LEVO)Levofloxacin(LEVO)361.373注:a数据参考美国环境保护局(US EPA)(https:/comptox.epa.gov/dashboard)。Note:aData refers to United States Environmental Protection Agency(US EPA)(https:/comptox.epa.gov/dashboard).我国生态环境部在 2020 年 12 月发布的化学物质环境与健康危害评估技术导则(试行)17中明确指出,在进行生态毒理学数据的筛选和评估时应优先采用我国本土生物的实验数据。铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)属于腹足纲田螺科的淡水软体动物,是我国淡水环境中一种主要底栖大型无脊椎动物。近年来,已有大量使用铜锈环棱螺对污染物第 6 期张小旭等:3 种氟喹诺酮联合暴露对铜锈环棱螺的急性致死效应359 生态毒性进行评价的相关研究见诸报道18-20,本研究使用铜锈环棱螺幼螺为受试生物,以 CIP、LEVO和 NOR 为目标污染物,考察了 3 种 FQs 单一及联合暴露的急性毒性效应,分析了联合作用模式。本研究结果可为合理评价 FQs 的潜在生态风险提供理论依据,并为发展铜锈环棱螺在生态毒理学中的应用提供参考。1 材料与方法(Materials and methods)1.1 测试生物本次实验所用的铜锈环棱螺种螺采自吉首市峒河湿地公园洁净