全 文 ：第 30 卷 第 4 期
2011 年 4 月
环 境 化 学
ENVIRONMENTAL CHEMISTRY
Vol． 30，No． 4
April 2011
2010 年 10 月 9 日收稿．
* 国家水专项:水污染源监测监管技术体系研究课题( 2009ZX07527-002) ．
＊＊通讯联系人，E-mail: yuanx@ nenu． edu． cn
氧氟沙星对斜生栅藻的毒性效应*
秦洪伟 陈柳芳 鲁 楠 秦伟超 袁 星＊＊
( 东北师范大学城市与环境科学学院，长春，130024)
氧氟沙星( ofloxacin，OFLX) 又名氟嗪酸，是第三代喹诺酮类抗生素．由于其具有抗菌谱广、抗菌活性强的特点，且与
其它抗菌药物无交叉耐药性，已被广泛应用于畜禽疾病防治和水产养殖中．进入环境的抗生素不仅会对靶生物起作用，
也可能会对非靶生物和生态系统产生影响． 藻类是水生生态系统的初级生产者，是评价水环境质量的重要指标．斜生栅
藻作为国际经济合作和发展组织( OECD) 制定的藻类生长抑制试验的标准藻种，具有对毒物敏感、繁殖快、易分离培养等
特点．
本文研究了不同浓度的氧氟沙星对斜生栅藻生长状况、叶绿素含量、蛋白质含量、超氧化物歧化酶( SOD) 活性、丙二
醛( MDA) 含量、脯氨酸含量和超氧阴离子( O －2 ) 产生速率的影响，以期探讨氧氟沙星对斜生栅藻可能的毒性作用机制．
1 材料和方法
斜生栅藻( Scenedesmus obliquus) 购于中国科学院水生生物研究所．用 SE培养液于实验室扩大培养．氧氟沙星为分析
纯，购于浙江国邦制药有限公司．
根据预实验结果设 1 个空白对照组和 5 个浓度组，每组 3 个平行．于 24 h、48 h、72 h、96 h取样测定吸光度，根据藻细
胞密度-吸光度标准曲线计算藻细胞密度，进而计算生长抑制率，用概率单位-浓度对数法求出半数效应浓度．
OFLX暴露 96 h的藻液经离心、研磨和提取等处理，丙酮提取法测定光合色素含量，考马斯亮蓝法测定蛋白质含量，
氮蓝四唑( NBT) 光还原法测定 SOD活性，羟胺氧化法测定 O －2 产生速率，硫代巴比妥酸( TBA) 法测定 MDA含量．
实验数据用 SPSS13． 0 软件进行统计分析．单因素方差分析不同浓度氧氟沙星暴露引起的差异( p ＜ 0． 05，差异显著;
p ＜ 0． 01，差异极显著) ．
2 结果与讨论
2． 1 OFLX对斜生栅藻生长的影响
不同浓度 OFLX处理组斜生栅藻的生长均受到抑制; 各时间点 OFLX对斜生栅藻生长的影响均表现出良好的剂量-
效应关系，即随着暴露浓度的增大，OFLX对斜生栅藻生长的抑制作用不断增强．镜检发现藻细胞老化，个体变大，壁增厚
等，藻细胞分解碎片随着受试物浓度的增加逐渐增多．说明受试物不仅抑制藻的生长，对藻细胞产生毒性，而且能改变藻
细胞的形态结构，通过藻细胞的组织结构进一步抑制藻细胞的分裂和生长繁殖．
氧氟沙星对斜生栅藻 24 h、48 h、72 h、96 h的 EC50分别为 59． 71、65． 22、72． 50、122． 08 mg·L
－1 ( 表 1) ，即 EC50值随着
时间延长逐渐增大．表明随着暴露时间延长，斜生栅藻对 OFLX逐渐产生一定的耐受能力，使藻细胞恢复逐渐加快．吴银
宝等［1］研究了另一种喹诺酮类抗生素———恩诺沙星对雨生红球藻的毒性，24 h 和 48 h 的 EC50分别为 119． 67 mg·L
－1和
152． 59 mg·L －1，表明这两种抗生素的藻类毒性均随时间延长而减小，且氧氟沙星对藻类的毒性可能强于恩诺沙星，但毒
性差异也可能是由藻种的差异所致．
表 1 OFLX对斜生栅藻的急性毒性
时间 /h 回归方程 EC50 / ( mg·L －1 ) R2 95%置信区间 / ( mg·L －1 )
24 y = 1． 936x + 1． 564 59． 71 0． 966 46． 83—76． 14
48 y = 1． 195x + 2． 831 65． 22 0． 959 50． 03—85． 03
72 y = 1． 078x + 2． 994 72． 50 0． 996 66． 87—78． 61
96 y = 1． 237x + 2． 394 122． 08 0． 930 76． 51—194． 81
注: x为 OFLX 浓度对数; y为抑制率概率单位．
2． 2 OFLX对斜生栅藻光合色素的影响
不同浓度 OFLX暴露 96 h后，随 OFLX浓度增加，叶绿素 a和类胡萝卜素含量不断下降，但叶绿素 a的含量均高于叶
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绿素 b和类胡萝卜素，高浓度组( 168 mg·L －1 ) 中叶绿素 a 和类胡萝卜素含量分别为对照的 34． 69%和 36． 96% ．叶绿素
a /b处于下降趋势，并呈波动变化，表明 OFLX胁迫使藻细胞叶绿体结构受到损害．同时显微镜观察到个别藻细胞壁受破
坏，藻体颜色变浅．主要原因可能是逆境胁迫引起叶绿体膨胀破裂，类囊体膜解体，导致叶绿体从组织中流失，也可能是
细胞内活性氧的积累导致叶绿体结构破坏，叶绿素合成受阻．
2． 3 OFLX对斜生栅藻可溶性蛋白含量的影响
蛋白质是细胞中重要的结构物质，其功能是细胞代谢过程中的催化剂．蛋白质含量变化可以反映细胞内代谢活动是
否正常．不同浓度 OFLX处理 96 h后，各处理组的蛋白质含量均低于对照组且差异极显著( p ＜ 0． 01) ，但处理组间变化不
明显，仅 44 mg·L －1处理组与其它处理组比较差异显著( p ＜ 0． 05) ．这可能是由低浓度毒物对藻刺激作用引起的，即低浓
度氧氟沙星胁迫诱导藻细胞产生应激反应，从而影响可溶性蛋白质含量的变化．
2． 4 OFLX对斜生栅藻 O －2 和 SOD的影响
逆境胁迫下，植物体内会有包括 O －2 在内的大量活性氧的积累，对细胞造成危害，而 SOD作为清除活性氧的关键酶，
其活性的变化可以反映出植物受胁迫的程度． O －2 产生速率随着 OFLX浓度的增加而加快，22 mg·L
－1浓度组与对照组相
比差异显著( p ＜ 0． 05) ，浓度≥44 mg·L －1时与对照组比较差异极显著( p ＜ 0． 01) ，浓度为 168 mg·L －1时 O －2 产生速率是
对照组的 473． 66%，斜生栅藻受到严重胁迫． SOD的活性在 OFLX浓度低于 66 mg·L －1时，上升幅度不明显，当浓度高于
112 mg·L －1时，由于 O －2 的产生速率进一步加快，对藻体产生胁迫的程度加大，SOD活性增强，同时也激发藻体合成更多
的 SOD来清除过剩的 O －2 ，SOD活性急剧上升，浓度为 168 mg·L
－1时，SOD活性为对照的 304． 38% ．
2． 5 OFLX对斜生栅藻 MDA含量的影响
植物在逆境胁迫下，由于体内活性氧的积累，可能发生膜脂过氧化作用，丙二醛( MDA) 是膜脂过氧化的最终分解产
物之一，其含量可以反映脂质过氧化强度和膜系统伤害程度．随着 OFLX 浓度增加，斜生栅藻 MDA 含量先降低后升高．
表明在浓度低于 66 mg·L －1时，OFLX 对斜生栅藻的胁迫并未引起其膜脂过氧化产物 MDA 含量的增加，但高浓度组
168 mg·L －1 暴露下，MDA含量明显上升，与对照组比较差异极显著( p ＜ 0． 01) ，为对照的 115． 00% ．
2． 6 OFLX对斜生栅藻脯氨酸含量的影响
当暴露浓度≤112 mg·L －1时，脯氨酸含量均低于对照组，差异显著( p ＜ 0． 01) ，168 mg·L －1浓度组脯氨酸含量则显著
高于对照组，为对照的 152． 84% ．表明此浓度处理下，藻细胞受到严重胁迫，诱导细胞内脯氨酸大量合成并积累，以便维
持细胞的渗透平衡．
2． 7 OFLX对斜生栅藻生理生化指标影响的相关性分析
对上述各生理生化指标进行了相关分析，结果( 表 2) 表明，O －2 产生速率与叶绿素含量、蛋白质含量和 SOD活性等均
有较好相关性．光合器官是植物细胞内活性氧的主要来源，光合色素和与之结合的内囊体膜均具有不饱和多烯结构，极
易受活性氧自由基的攻击．随着 OFLX暴露浓度增加，细胞内活性氧大量产生导致叶绿体结构破坏，叶绿素合成受阻，含
量下降．影响藻细胞的光合作用，会导致藻细胞蛋白质合成能力减弱．同时活性氧自由基也可通过氧化氨基酸侧链等反
应引起蛋白质损伤．
表 2 各生理生化指标的相关性
叶绿素含量 蛋白质含量 SOD活性 O －2 产生速率 MDA含量 脯氨酸含量
叶绿素含量 1
蛋白质含量 0． 718 1
SOD活性 － 0． 666 － 0． 203 1
O －2 产生速率 － 0． 770 － 0． 594 0． 627 1
MDA含量 － 0． 288 0． 206 0． 752 0． 375 1
脯氨酸含量 － 0． 372 0． 111 0． 799 0． 596 0． 830 1
藻细胞受 OFLX暴露胁迫，还可以激活 SOD活性及诱导合成 SOD．低浓度 OFLX 暴露时，活性氧自由基产生和转化
过程中，藻体内由 SOD等抗氧化酶组成的抗氧化防御系统起作用，SOD通过歧化反应将 O －2 歧化成 H2O2 和 O2，消除活
性氧自由基引起的膜脂过氧化反应，因此 MDA和脯氨酸含量变化不大甚至有所降低．当暴露浓度≥66 mg·L －1时，活性
氧产生速率与 MDA含量之间相关显著( r = 0． 953，n = 3) ，表明藻细胞内活性氧自由基的产生速率逐渐超过藻自身的调
节范围，活性氧自由基攻击各种生物膜上的大量不饱和脂肪酸，诱发脂质过氧化反应，导致 MDA 含量升高．同时，MDA
和脯氨酸含量之间较好的相关性表明藻细胞膜脂氧化损伤引起藻体膜的流动性改变、膜穿孔及破坏等，致使藻细胞渗透
平衡失调，激活脯氨酸合成酶，藻细胞内重要的渗透调节物质脯氨酸含量增大并积累．
参 考 文 献
［1］ 吴银宝，廖新俤，汪植三，等． 恩诺沙星对雨生红球藻的生长抑制毒性测定［J］． 华南农业大学学报，2005，26: 99-101