编辑推荐：
为探究碘造影剂泛影酸盐（DTZ）对活性污泥微生物的影响，研究人员通过 100 天实验，分析其对微生物代谢及功能多样性的作用。发现 DTZ 会降低脱氢酶活性、改变功能多样性指标，揭示长期暴露的生态风险，为水处理微生物监测提供依据。
随着现代医疗技术的普及，碘造影剂（ICMs）作为诊断成像的常用药剂，其环境归趋引发广泛关注。这类含三碘苯甲酸结构的化合物稳定性极高，经人体代谢后随污水进入处理系统，却难以被传统生物法降解，导致在地表水中持续累积。尽管单次剂量对人体毒性较低，但其对水生生态系统微生物的长期影响尚不明确，尤其是活性污泥（AS）中承担污染物降解功能的微生物群落，可能因 ICMs 暴露发生代谢紊乱或多样性改变，进而威胁污水处理效能。在此背景下，波兰西里西亚大学（University of Silesia）的研究团队开展了一项为期 100 天的实验，系统评估泛影酸盐（DTZ）对活性污泥微生物结构与功能的影响，相关成果发表于《Scientific Reports》。
研究人员采用实验室规模的活性污泥系统，设置 0.2、2.0、20 mg/L 三个 DTZ 浓度梯度，以未添加 DTZ 的系统为对照，通过多项关键技术展开分析：
- 理化性质检测：测定化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、总悬浮固体（TSS）等指标，评估 DTZ 对污水可生化性的影响。
- 微生物活性与多样性分析：利用脱氢酶活性测定、Biolog? EcoPlates?碳源利用分析、脂肪酸甲酯（FAME）谱图及实时定量 PCR（RT-qPCR）检测 16S rRNA、CYP153（细胞色素 P450 型烷烃羟化酶）和 C230（邻苯二酚 2,3 - 双加氧酶）基因表达。
- 统计与代谢组学分析：通过主成分分析（PCA）解析微生物代谢模式变化，结合 Gini 系数、Shannon 指数等功能多样性指标评估群落响应。
1. 泛影酸盐对活性污泥理化性质的影响
在 20 mg/L DTZ 处理组中，实验初期 COD 和 BOD 分别较对照组升高 1.4 倍和 2.7 倍，显示 DTZ 的难降解性导致污染物累积。尽管 7 天后两组的生物降解指数（BOD/COD）均降至 0.28，但处理组的 TSS 浓度是对照组的 3 倍，可能与高 BOD 负荷下微生物过度增殖有关。DTZ 在污泥中的吸附和部分生物转化导致其浓度下降，但未检测到明确的降解中间产物。
2. 异养细菌数量与脱氢酶活性变化
实验初期异养细菌总数（THB）为 6.11-6.44 log CFU/mL，第 21 天降至最低（4.57-4.64 log CFU/mL），但末期恢复至 5.52-5.74 log CFU/mL，组间无显著差异。然而，脱氢酶活性对 DTZ 暴露更为敏感：第 21 天各处理组酶活性较对照下降 60%，末期 20 mg/L 组活性仅为对照的 50%。该酶作为微生物氧化代谢的关键指标，其活性降低直接反映污染物对能量代谢的抑制，且与 THB 数量无明显相关性，暗示未培养微生物可能贡献了部分代谢功能。
3. 功能多样性指标的长期响应
30 天实验时，功能多样性变化尚不显著，但 100 天后呈现浓度依赖性差异：20 mg/L 组的平均孔颜色发展值（AWCD）仅为对照的 1/12，Shannon 指数（H’）从 1.27 降至 0.96，底物丰富度（R）从 26.33 降至 20.33，而 Gini 系数（G）从 0.54 升至 0.69，表明底物利用的均匀性降低。碳源利用模式显示，高浓度 DTZ 促使微生物优先代谢糖原、α- 环糊精等复杂碳源，可能与碳饥饿诱导的 “严格反应” 有关，同时伴随支链氨基酸代谢中间产物 α- 酮丁酸的氧化增强，反映出应激状态下的代谢重构。
4. 脂肪酸组成与基因表达分析
脂肪酸甲酯分析显示，革兰氏阴性菌标志物含量在末期显著下降，而革兰氏阳性菌和真菌标志物增加，可能与前者对 DTZ 更敏感、后者适应污染环境有关。SAT/UNSAT（饱和 / 不饱和脂肪酸）比值在 100 天升高，提示膜流动性调整以应对长期压力，但 DTZ 浓度对脂肪酸组成无显著直接影响。基因表达方面，仅部分处理组的 CYP153 和 C230 基因转录水平在末期升高，可能与微生物群落结构演替相关，但 RT-qPCR 的引物局限性可能导致结果未能全面反映实际活性。
结论与意义
该研究首次系统揭示了碘造影剂泛影酸盐对活性污泥微生物的长期毒性效应，证实其通过抑制脱氢酶活性、破坏功能多样性和诱导特异性碳源代谢模式，对污水处理微生物生态构成威胁。研究筛选出的脱氢酶活性、底物利用指数（如 AWCD、H’、R）可作为敏感监测指标，为评估药物类污染物的生态风险提供了新工具。此外，长期暴露下微生物的代谢适应机制（如糖原分解、特定酶基因表达上调）提示，需警惕污染物转化产物可能带来的次级风险。本研究为完善药物环境风险评估框架、推动污水处理工艺优化提供了重要科学依据，强调了在生态毒理学研究中开展长期暴露实验的必要性。
