海洋大型藻类异枝江蓠对三种氟喹诺酮类抗生素的剂量-响应模式及其与生长、毒性和吸附的因果关系研究

本研究针对氟喹诺酮类抗生素(FQs)对海洋生态系统的潜在影响，探究了异枝江蓠(Gracilariopsis heteroclada)对诺氟沙星(NOR)、恩诺沙星(ENR)和洛美沙星(LOM)的剂量-响应规律。研究发现藻体生长呈现典型的毒物兴奋效应( hormesis )，低浓度促进而高浓度抑制；FQs去除率达54.18%-97.93%，其中NOR去除效率最高。通过结构方程模型(SEM)揭示特定生长率(μ)是影响FQs吸附的关键因子。该研究为评估抗生素生态风险及大型藻类修复应用提供了理论依据。

　　

研究背景与意义
氟喹诺酮类抗生素(FQs)作为全球广泛使用的合成抗生素，正通过水产养殖和医疗废水持续输入海洋环境。尽管自然水体中FQs浓度仅为ng/L-μg/L级，但其脂溶性和结构稳定性导致持久性残留，可能通过食物链威胁生态安全和人类健康。更令人担忧的是，现有研究多聚焦于FQs对微藻和高等植物的影响，而对海洋生态系统中关键生产者——大型藻类的剂量-响应规律及修复潜力认知严重不足。

研究设计与方法
中国研究团队以南海优势藻种异枝江蓠(G. heteroclada)为对象，采用OECD标准测试体系，设置0-128 mg/L剂量梯度，通过96小时暴露实验测定生物量(B)、特定生长率(μ)等参数。运用钟形曲线和Hill方程等双相模型拟合剂量-响应关系，结合高效液相色谱检测72小时FQs残留浓度，并首次引入结构方程模型(SEM)解析初始剂量、藻类响应与吸附的因果关系链。

研究结果

1. 藻类生长对三种FQs的响应特征
   实验数据显示，2-8 mg/L剂量下B和μ出现峰值，128 mg/L时降至最低，符合典型的hormesis效应。Hill模型拟合显示，NOR处理的E_max
   (最大刺激效应)达对照组的117.3%，而ENR和LOM的EC_50,2
   (抑制相半效浓度)分别为85.4和79.6 mg/L。

2. FQs的毒性阈值与去除效率
   96小时内未观察到50%生长抑制(EC₅₀
   )，证实G. heteroclada对FQs具有强耐受性。72小时去除率呈现NOR(97.93±0.17%) > LOM(73.12±3.21%) > ENR(54.18±6.10%)的规律，可能与分子极性和藻体表面吸附位点差异有关。

3. 关键变量的因果关系网络
   SEM分析表明：特定生长率(μ)对FQs吸附具有直接正向效应(β=7.044)，而毒性压力通过抑制μ间接降低去除效率。值得注意的是，生长抑制率(I_μ
   )在因果链中发挥中介作用，解释率达68.3%。

结论与展望
该研究首次系统阐明了海洋大型藻类对FQs的双相剂量-响应规律，证实环境相关浓度(μg/L级)的FQs可能刺激G. heteroclada生长，而高浓度(>64 mg/L)才显现抑制效应。虽然藻体展现优异去除潜力，但环境剂量下的效率衰减提示需谨慎评估其修复应用场景。未来研究应关注：慢性暴露对藻类代谢通路的影响；FQs-藻类-微生物组的互作机制；以及基于SEM模型的跨营养级生态风险评估框架构建。论文发表于《Algal Research》，为海洋抗生素污染治理提供了新的理论基础和技术视角。