兽用抗生素对三种水生生物的多层次毒性效应：多代生殖抑制与氧化应激机制研究

本综述系统阐释了三种典型兽用抗生素（CIP、SMX、TC）对水溞（Ceriodaphnia dubia）、轮藻（Nitellopsis obtusa）和浮萍（Lemna minor）的多代毒性效应。研究发现TC可导致全面生存抑制，CIP引发跨代生殖障碍（≥0.1 mg/L），SMX呈现双相效应（0.1 mg/L刺激/5 mg/L抑制），并通过氧化应激（H2O2和MDA升高）机制影响浮萍，为药物生态风险评估提供了关键数据支撑。

　　

Highlight

本研究揭示了三种兽用抗生素的化合物特异性多层次响应效应。观察到的效应基于这些药物明确的分子作用机制——每种抗生素都能破坏水生生物的基础细胞进程。虽然这些抗生素最初针对细菌设计，但其作用模式可干扰其他生物体的必需生物学过程（Yang et al., 2021; Diogo et al., 2024）。从机制角度分析：

四环素（TC）通过抑制线粒体核糖体功能（与细菌核糖体相似性达30%）直接干扰能量代谢，导致所有测试生物出现生存率下降。其强烈的氧化应激诱导能力（尤其在浮萍中）与醌类结构介的电子转移机制相关，这解释了为什么TC在三种化合物中表现出最广泛的毒性谱。

环丙沙星（CIP）作为拓扑异构酶II抑制剂，可干扰真核生物DNA复制——特别是在快速分裂的细胞中（如溞类生殖细胞和浮萍分生组织）。这导致从0.1 mg/L起就出现跨代生殖抑制，且在F2–F3代中效应增强，表明其具有累积性遗传损伤潜力。

磺胺甲噁唑（SMX）通过竞争性抑制二氢叶酸还原酶（DHFR）干扰叶酸代谢，但其双相效应（0.1 mg/L刺激 vs 5 mg/L抑制）提示低浓度可能触发代偿性生理响应。其对轮藻生存的中等影响与藻类叶酸合成途径的特殊性相符。

Conclusion

本研究证实环丙沙星、磺胺甲噁唑和四环素均能影响非靶标生物（如藻类、植物和甲壳动物），尤其当这些抗生素进入水生环境时。总体而言，TC是唯一对水溞（Ceriodaphnia dubia）三个终点（生存率、种群增长（F2–F3）和繁殖成功率（F1））均产生显著影响的化合物，并导致轮藻（Nitellopsis obtusa）存活率急剧下降。CIP从≥0.1 mg/L起持续降低繁殖产出，并在多代暴露中引发生存率下降，表明其具有延迟毒性效应。SMX表现出最复杂的剂量响应关系：在0.1 mg/L时促进水溞繁殖，但在更高浓度（5 mg/L）时转为抑制。所有测试抗生素均诱导浮萍（Lemna minor）氧化应激（通过H₂O₂和MDA水平升高证实），且该效应浓度低于抑制浮萍生长的浓度。本研究结果强调了将大型植物、底栖藻类和繁殖终点纳入药物监管生态毒理学框架的生态重要性。