《Journal of Hazardous Materials》：Individual and mixture effects of the antibiotics sulfamethazine and tetracycline on freshwater ecosystems
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本研究针对水生环境中抗生素混合暴露生态风险认知不足的问题，通过28天淡水微宇宙实验，揭示了磺胺二甲嘧啶（SMT）与四环素（TC）在环境相关浓度下对藻类、浮游动物和微生物群落的结构性扰动及功能刺激效应。研究发现混合暴露可通过拮抗作用减弱水体微生物群落响应，同时诱导浮游动物 hormesis 效应，凸显了抗生素混合物生态风险评估中非加和效应的重要性。
随着抗生素在医疗和养殖业的广泛使用，其在水环境中的残留浓度持续升高，已成为全球性的新兴污染物。研究表明，30%-90%的抗生素会以活性形式排入环境，而传统污水处理厂对其去除效率有限，导致河流、湖泊等水体中频繁检出多种抗生素共存。这类物质不仅会促进耐药菌扩散，更可能通过食物链传递对水生生物产生毒性效应。然而现有研究多聚焦单一抗生素的生态风险，忽视了真实环境中化合物混合暴露可能产生的协同或拮抗作用，这可能导致生态风险被严重低估。
为破解这一难题，来自瓦赫宁根大学的科研团队在《Journal of Hazardous Materials》发表最新研究，通过构建包含浮游植物、沉水植物、浮游动物、底栖动物和微生物的多营养级淡水微宇宙系统，针对两种常被同时检出的抗生素——磺胺二甲嘧啶（Sulfamethazine, SMT）和四环素（Tetracycline, TC）开展28天暴露实验。研究特别关注了二者在环境相关浓度（SMT: 0.1-10 μg/L；TC: 1.5-150 μg/L）下，单独及混合暴露对生态系统结构与功能的影响。
关键技术方法
研究通过实验室微宇宙模拟自然水体环境，整合了化学分析（抗生素浓度监测）、生物监测（叶绿素a荧光测定、显微镜计数）和分子生物学技术（16S rRNA基因测序）。重点采用主响应曲线（PRC）分析群落动态，通过冗余分析（RDA）和主成分分析（PCA）解析微生物群落变异，结合单因素方差分析与多重比较检验显著性。
3.1 抗生素浓度动态
SMT在水体中的半衰期为3.1-6.7天，呈现弱浓度依赖性；TC半衰期仅11小时至3.1天，高浓度下降解更快。SMT在沉积物中积累量极低（最高2 μg/kg），而TC因强吸附作用未检测到沉积物浓度（图1）。
3.3 初级生产者响应
单独暴露时，1-10 μg/L SMT与15-150 μg/L TC均显著抑制绿藻生长（图2a,b）。但混合暴露出现反常：中浓度组绿藻生物量先升后降，高浓度组延迟抑制，显示浓度依赖的hormesis效应（图2c）。
3.4 浮游动物群落重构
PRC分析表明所有处理均引起浮游动物群落显著变化（图3）。SMT单独暴露呈现U型剂量效应（0.1与10 μg/L有效，1 μg/L无效），TC处理组在7天即引起群落偏移。混合暴露响应延迟至14天，且Daphnia属在低中浓度增殖、高浓度消失，Brachionus等物种丰度显著上升（图4），揭示种特异性hormesis模式。
3.5 生态系统功能变化
底栖无脊椎动物摄食率无显著影响，但28天时多数抗生素处理组的微生物介导的叶凋落物分解速率显著提升，表明抗生素刺激了分解功能。
3.6 微生物群落拮抗效应
16S rRNA测序显示单一暴露显著改变水体和沉积物微生物群落（图5），但混合暴露时水体微生物无显著变化，沉积物群落仍受影响。PCA进一步证实混合暴露群落结构与TC单独处理更相似，而与SMT处理分离（图6），说明TC主导了混合暴露的群落构建轨迹。
机制探讨
研究提出SMT（抑制二氢叶酸合成）与TC（抑制核糖体功能）的拮抗机制模型（图7）：TC可能通过调节核糖体基因非最优调控，缓解SMT引起的代谢资源错配，同时药物外排泵激活与膜通透性改变共同导致细胞内抗生素浓度降低。
这项研究首次在多营养级系统中证实抗生素混合物可产生非加和生态效应，其通过hormesis刺激某些物种同时抑制另一些物种，最终重塑群落结构。更关键的是，微生物群落对混合暴露的拮抗响应表明，传统基于单一化合物的风险评价可能高估实际环境风险。该成果为完善抗生素生态风险评估框架提供了实验证据，强调未来研究需整合化合物相互作用、低剂量效应及生态功能指标，才能更准确预测真实环境中的抗生素生态影响。
