抗生素对微生物的联合与低剂量毒性研究进展

目前抗生素已成为一类不可忽视的环境污染物,它在环境中呈"混合-持久-低剂量"的暴露特征。因此,研究抗生素毒性效应,特别是它的联合毒性以及低剂量下毒性兴奋效应,对抗生素污染物生态风险的评价极其重要。以抗生素联合毒性的研究进展为主线,重点概述了抗生素二元混合物的急性和慢性联合毒性研究,指出了抗生素混合物间存在相互作用,它们的联合毒性并非表现为简单的加和或独立效应,且抗生素急性-慢性联合表现出的毒性效应也存在差异;发现了不仅单一抗生素具有Hormesis效应,低剂量抗生素二元混合物也具有Hormesis作用。但目前低剂量抗生素二元混合物对微生物的毒性兴奋效应研究较少,其毒性兴奋效应的预测和评价还有待进一步完善,以期为环境中抗生素的联合生态研究和风险评价提供理论依据。     

烷基酚类化合物的联合雌激素效应

利用鲫鱼卵黄蛋白原诱导作用的雌激素效应研究烷基酚类化合物的联合雌激素效应,通过对鲫鱼血浆卵黄蛋白原含量的相对变化和化合物暴露浓度的非线性回归分析得出17β-雌二醇(E2)、辛基苯酚(PP)、壬基苯酚(p353-NP)及其等毒性同定比例混合物雌激素效应的剂量-反应关系,应用相加作用数学模型根据单个化合物的剂量反应关系可预测混合物效应,各化合物非线性回归分析结果均以Weibull函数拟合效果最好,决定系数R2分别为0.93,0.94,0.96和0.81,半效应浓度值EC50及其95%置信区间分别为0.092(0.080-0.107),63.89(53.90-71.26),152.61(140.11-168.38),11.11(8.54-14.00)μg·l-1;在各个浓度范围内,得出的混合物效应与通过浓度相加或反应相加模型计算得出的混合物效应有很好的一致性,而简单效应相加法得出的结果误差较大;表明了3种雌激素化合物呈现相加作用方式,在低于单个化合物的有效作用浓度下也会产生显著的混合物效应,效应大小取决于化合物的作用性质、暴露量和质量比例.     

拓展等效线图法评估离子液体与杀菌剂多果定之间的拮抗作用

等效线图法(isobologram)是评估化学混合物毒性相互作用的经典方法之一,然而该方法仅能评估混合物在某一特殊浓度效应水平(通常为50%的浓度效应水平,即EC50)的联合毒性作用情况。因此,拓展等效线图法并用于不同效应水平下混合物毒性的评估显得尤为必要。以杀菌剂多果定(Dod)和3种离子液体(ILs)包括溴化丁基吡啶([bpy]Br)、溴化己基吡啶([hpy]Br)和溴化辛基吡啶([opy]Br)为混合物组分,采用直线均分射线法设计3组二元混合物体系(Dod-[bpy]Br、Dod-[hpy]Br和Dod-[opy]Br)共15条射线,应用微板毒性分析法系统测定各污染物及其混合物射线对青海弧菌Q67(Vibro qinghaisiense sp. Q67,Q67)的毒性,应用拓展等效线图法分析15条混合物射线在5个不同效应水平(EC20、EC30、EC40、EC50和EC60)的毒性相互作用,并与经典等效线图法和浓度加和模型(CA)评估的结果进行比较。结果表明:以p EC50为毒性指标,3种吡啶ILs对Q67的毒性具有烷基链效应,即毒性大小顺序为Dod-[opy]BrDod-[hpy]BrDod-[bpy]Br; 3组二元混合物体系的15条射线的毒性,随农药Dod浓度比的减少而减弱;拓展等效线图法可以比较直观地表征3组Dod-ILs混合物体系在5个不同效应水平的拮抗作用,且拮抗作用强度随Dod浓度比的增加而变化,即先增强后减弱;拓展等效线图法可以有效地评估二元混合物在多个效应水平的联合毒性相互作用。     

磺胺类抗生素对斜生栅藻的协同和拮抗作用研究

环境中抗生素复合污染产生的毒性效应具有潜在风险。为系统考察磺胺类抗生素(SAs)混合物的联合毒性效应，以环境中常见的磺胺吡啶(SPY)、磺胺甲基嘧啶(SMR)、磺胺二甲嘧啶(SM2)、磺胺甲氧哒嗪(SMP)、磺胺甲恶唑(SMZ)和磺胺喹噁啉(SQ) 6种SAs及其二元混合物体系(共75条混合物射线)为研究对象，利用96孔微板测定6种SAs及其二元混合物对斜生栅藻(So)的生长抑制毒性，通过浓度加和(CA)、独立作用(IA)模型和模型偏移率(MDR)分析混合物的联合毒性及毒性相互作用。结果表明，6种SAs及其混合物射线对So在96 h呈现明显的毒性，但不同SAs的毒性大小不同，以半数效应浓度的负对数(pEC_(50))为毒性大小指标，6种SAs的毒性大小顺序为：SQ(pEC_(50)=5.311)>SPY(pEC_(50)=3.757)≈SMZ(pEC_(50)=3.749)>SMP(pEC_(50)=3.680)>SM2(pEC_(50)=3.090)>SMR(pEC_(50)=2.595);不同组分SAs混合物对So的联合毒性存在差异，大部分混合物毒性存在组分浓度依赖性，而有小部分混合物毒性则不存在组分浓度依赖性；15个SAs混合物体系以拮抗作用和协同作用为主。混合体系组分的浓度比不同会产生不同的相互作用类型。在10%效应下，含有组分SPY的混合体系大多呈现协同作用，且随组分SPY浓度比的增大，协同作用增强。含有组分SMR的混合体系均呈现拮抗作用，且随着组分SMR浓度比的增大，拮抗作用增强。研究成果为抗生素的生态风险评估提供重要的基础数据。     

吡啶类离子液体对青海弧菌Q67的混合毒性评估

合污染物产生的累积与毒性相互作用具有潜在的环境与健康风险。以6种吡啶类离子液体(IL)：丁基溴化吡啶([Bpy]Br)、己基溴化吡啶([Hpy]Br)、辛基溴化吡啶([Opy]Br)、丁基氯化吡啶([Bpy]Cl)、己基氯化吡啶([Opy]Cl)和辛基氯化吡啶([Opy]Cl)为混合物组分,应用直接均分射线法(EquRay)和均匀设计射线法(UD-Ray)分别设计4组二元IL混合物和2组三元混合物,每组混合物包括5条具有不同浓度配比的混合物射线。应用微板毒性分析法测定6种IL及其30条混合物射线对青海弧菌Q67的发光抑制毒性,以浓度加和(CA)为加和参考模型分析混合物毒性相互作用。结果表明,Logit函数能有效地拟合6种吡啶IL及其30条混合物射线的浓度-效应数据。若以半数效应浓度的负对数(pEC₅₀)为毒性指标,6个吡啶IL对Q67的毒性与烷基链上碳原子数目正相关,且每增加2个碳原子,其毒性约增加1。IL的阴离子(Br^-或Cl^-)对毒性没有影响。除己基氯化吡啶([Hpy]Cl)和辛基氯化吡啶([Opy]Cl)的二元混合物呈现明显拮抗作用外,其他二元及三元混合物都为加和作用。     

5种取代酚化合物对淡水发光菌的联合毒性

以新型淡水发光菌——青海弧菌Q67(Vibrio-qinghaiensissp.—Q67)为检验生物,以VeritasTM微孔板光度计为发光强度测试设备,分别测定了3,5-二羟基甲苯、2,3-二甲基苯酚、对氯苯酚、邻氯苯酚、2,4-二氯苯酚对淡水发光菌的发光抑制毒性及其混合物的联合毒性.结果表明,5种取代酚的剂量-效应关系都可用Weibull模型有效描述,从这些模型估算的半数效应浓度负对数值(-logEC50)分别为2.69、3.08、3.43、2.81和3.66,可知其对发光菌的毒性大小顺序为:2,4-二氯苯酚>对氯苯酚>2,3-二甲基苯酚>邻氯苯酚>3,5-二羟基甲苯.分别设计浓度等于各自之EC50和EC10的2个等效应浓度比混合物以及3个不同效应浓度比混合物进行联合毒性实验,结果发现,在所实验的浓度范围内各个混合物的剂量加和(DA)模型与独立作用(IA)模型具有相似的作用规律,其联合毒性既可用DA模型也可用IA模型进行预测.     

多组分苯胺类混合物对发光菌的抑制毒性

以淡水发光菌——青海弧菌(Q67)为指示生物,96微孔板为实验反应载体,微板光度计为发光强度测试设备,测定了苯胺、邻甲基苯胺、对甲基苯胺、邻硝基苯胺、对硝基苯胺及其混合物对发光菌的发光抑制毒性,应用非线性最小二乘拟合技术与剂量加和(DA)及独立作用(IA)原理研究了混合物的毒性规律.1)分别测定每种化合物的剂量-效应数据并进行非线性拟合.结果表明,5种苯胺类化合物的剂量-效应曲线(DRC)均可用Logit与Weibull函数有效表征,从这些模型估算的半数效应浓度负对数值(-logEC50)分别为2.11、2.35、2.49、3.60和3.88(EC50单位:mol·L-1),可知其对发光菌的毒性大小顺序为:苯胺<邻甲基苯胺<对甲基苯胺<邻硝基苯胺<对硝基苯胺.2)根据组分EC50、EC10和EC1设计3个等效应浓度比混合物进行混合物毒性实验,并对混合物剂量-效应数据进行非线性拟合得到混合物DRC.结果表明,混合物DRC可用Box-Cox-Logit与Box-Cox-Weibull函数有效表征.3)根据单一化合物DRC模型,分别应用剂量加和(DA)与独立作用(IA)模型对混合物DRC进行预测.结果表明,无论考察混合浓度比例还是效应水平,剂量加和模型都能准确预测苯胺类混合物的毒性,而独立作用模型倾向于高估混合物毒性.     

部分除草剂与重金属混合物对发光菌的毒性

以5种不同类型除草剂和4种重金属为混合物组分,探索混合物毒性变化规律.应用微板毒性分析方法,测定了百草敌、磺草灵、西草净、除草定、环嗪酮、CdCl2·2.5H2O、Ni(NO3)2·6H2O、CoSO4·7H2O和ZnSO4·7H2O对淡水发光菌—青海弧菌Q67(Vibrio qinghaiensis sp.—Q67)的发光抑制毒性.应用非线性最小二乘拟合技术模拟实验剂量-效应数据.结果表明,5种除草剂与4种重金属化合物的剂量-效应曲线(DRC)均可用Weibull函数有效表征.为了全面考察各种不同浓度组成的混合物对Q67的毒性,设计了9个组分同时存在的3个等效应浓度比(EECR)混合物和10个均匀设计浓度比(UDCR)混合物.同样应用微板毒性分析方法测定了各个混合物对Q67的抑制毒性,并应用非线性最小二乘拟合技术模拟了其剂量-效应曲线.通过剂量加和(DA)与独立作用(IA)模型综合分析了各个混合物对发光菌的毒性变化规律.结果表明,不同类型除草剂与多种重金属的各种浓度组合的混合物毒性均可用DA模型进行预测和评估.     

离子液体与有机磷农药间的毒性相互作用

"绿色"溶剂离子液体(ILs)与其他污染物之间的毒性相互作用已有报道,但相关数据仍较为缺乏。以7种具有不同阴阳离子组成的ILs:溴化丁基吡啶(IL1)、氯化丁基-2,3-二甲基咪唑(IL2)、丁基-3-甲基咪唑翁磷酸盐(IL3)、丁基-3-甲基咪唑正辛基硫酸(IL4)、丁基-2,3-二甲基咪唑二乙二醇单甲醚硫酸盐(IL5)、辛基-3-甲基咪唑二乙基醚单甲磺硫酸(IL6)和氯化己基-3-甲基咪唑(IL7),与5种有机磷农药(OPs):敌敌畏(DIC)、乐果(DIM)、草甘膦(GLY)、久效磷(MON)和磷胺(PHO),作为混合物组分,以等效应浓度比射线法设计7种ILs分别与5种OPs等EC_(50)配比的35组二元混合物,应用微板毒性分析法(MTA)测定这些混合物对青海弧菌Q67的毒性,以浓度加和(CA)和独立作用(IA)为参考模型分析毒性相互作用。结果表明,不同的IL-OP混合物呈现的作用类型不同:如IL1-DIM、IL2-DIM、IL3-DIM、IL6-DIM、IL2-MON和IL7-DIM的混合物呈明显的拮抗作用;IL3-DIC和IL2-GLY的混合物呈明显的协同作用;IL5-DIM和IL4-MON的混合物在较高浓度区呈拮抗作用;而IL3-GLY和IL6-DIC的混合物在较高浓度区呈协同作用;其余的混合物则为加和作用。     

2种经典模型对抗生素与重金属锌的蛋白核小球藻时间依赖联合毒性作用的评估比较

污染物在环境中普遍以混合物的形式存在,其累积毒性与毒性相互作用具有潜在的环境风险。因此,本研究以水环境中普遍存在的氨基糖苷类抗生素(硫酸链霉素、硫酸安普霉素和双氢链霉素)和重金属锌(Zn)为目标污染物,以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa,C. pyrenoidosa)为指示生物,应用直接均分射线法设计3种抗生素与Zn的3个二元混合物体系,应用时间毒性微板分析法系统测定3种抗生素和重金属Zn及其二元混合物射线的时间-浓度-毒性数据,以浓度加和(concentration addition,CA)与独立作用(independent action,IA)为标准加和参考模型,分析混合物毒性相互作用及其随时间变化规律。结果表明,随着暴露时间延长,3种抗生素和重金属Zn对C. pyrenoidosa的毒性逐渐增强; 2种模型对3个二元混合物体系的毒性相互作用评估基本一致,即在低浓度区域始终呈现加和作用,而在高浓度区域随暴露时间延长由协同作用逐渐转变为加和作用;而对于同一混合物体系,CA和IA模型预测毒性之间的差距随着浓度增加而增加,且IA预测曲线始终位于CA预测曲线上方,显示了IA模型在评估具有相异组分混合物的毒性时较CA模型接近实际观测值。     

测定环境污染物对青海弧菌发光强度抑制的微板发光法研究

以新型淡水发光菌——青海弧菌Q67(Vibrio-qinghaiensissp.—Q67)为检测生物,以VeritasTM微孔板光度计为发光强度测试设备,建立了测定环境污染物对发光菌发光强度抑制毒性的微板发光测试新方法.系统地研究了pH值、菌密度、反应时间等实验条件对发光强度的影响.应用该方法成功地测定了7种取代酚环境污染物对Q67的发光抑制毒性效应.提出应用非线性迭代最小二乘拟合法模拟环境污染物对Q67毒性的剂量-效应曲线(DRC),拟合效应与实验结果之间的相关系数均大于0.99.通过拟合的DRC参数,准确地计算了污染物的半数效应浓度EC50.对比有关文献方法,微板发光法具有更简便快捷,节省试剂药品,便于多次平行测定从而提高准确度等优点.     

有机磷农药对蛋白核小球藻的毒性相互作用研究

水体中农药复合污染产生的毒性效应具有潜在风险。为系统考察有机磷农药(OPs)混合物对淡水生态系统中绿藻的联合毒性效应,以马拉硫磷(MIT)、敌敌畏(DDVP)、敌百虫(TRC)、乐果(DIT)和氧乐果(OMT)等5种OPs作为混合物组分,运用直接均分射线法设计9组二元混合物体系共45条混合物射线。利用96孔微板测定5种OPs及其二元混合物对蛋白核小球藻(C. pyrenoidosa)的生长抑制毒性,通过基于置信区间的组合指数法分析混合物的联合毒性及毒性相互作用。结果表明,以p EC50为毒性指标,5种OPs对C. pyrenoidosa的毒性大小顺序为:TRCMITDDVPOMTDIT,OPs对C. pyrenoidosa的毒性大小受其中心磷原子的电正性影响;因混合组分的不同,部分OPs混合物对C. pyrenoidosa的联合毒性依赖于组分浓度比; OPs混合物对C. pyrenoidosa的毒性相互作用以加和为主,部分发生拮抗作用,发生拮抗作用的混合体系具有低效应区域呈加和作用,高效应区域呈拮抗作用的规律;与MIT混合的体系均有发生拮抗作用,且依赖于MIT浓度,MIT浓度比例越高,拮抗作用越强,OPs混合物的毒性相互作用与组分浓度比相关; OPs混合物的毒性相互作用组分浓度比依赖性与其联合毒性的组分浓度比依赖性规律不相关。     

低浓度下4个取代苯污染物与硝酸铅的混合对发光菌的联合毒性

多种污染物混合特别是低浓度下的混合对生物的联合毒性是生态毒理学研究的热点之一。选择了3类污染物苯酚、间甲基苯酚、苯胺、对硝基苯胺、硝酸铅,采用美国微板光度计测定了它们对发光菌青海弧菌-Q67(Vibrio-qinghaiensis sp.-Q67)的单一及联合毒性。应用非线性拟合技术模拟了这5种物质及其混合物的剂量-效应曲线,硝酸铅可用Logit模型模拟,其它4个物质能用Weibull模型准确描述,所有拟合相关系数在0.98以上,均方根误差在0.02以下。根据纯物质的EC50值,获得这5个物质的毒性强弱顺序:硝酸铅〉对硝基苯胺间甲基苯酚苯酚苯胺。混合实验设计了各物质在EC50、EC1、无观察效应浓度(no observed effect concentration,NOEC)比例的混合。用浓度加和(dose addition,DA)和独立作用模型(independent action,IA)对混合物毒性进行预测。IA基本准确预测了这5个物质在各自EC50混合的毒性。DA与IA模型都稍微过高地预测了以EC1及NOEC浓度比例混合的联合毒性,但都在毒理学实验容许的范围之内。这5个物质以NOEC混合时对测试生物Q67没有产生明显毒性,但是还不能判定这些物质在此浓度下混合是安全的。污染物在各自的NOEC浓度下混合是否对其它生物有潜在的威胁还需更多毒理学实验支持。     

部分重金属化合物对淡水发光菌的毒性研究

应用微板毒性分析方法,分别测定了CdCl2·2.5H2O、CoSO4·5H2O、Cr(NO3)3·3H2O、Cu(NO3)2·3H2O、Fe(NO3)3·3H2O、MnCl2·9H2O、Na2SeO3、ZnSO4·7H2O、Ni(NO3)2·6H2O9种重金属离子化合物及其混合物对淡水发光菌—青海弧菌Q67(Vibrio-qinghaiensissp.—Q67)的发光抑制毒性.结果表明,9种重金属离子化合物对Q67的剂量-效应关系均可用Weibull或Logit模型有效描述.由拟合剂量-效应曲线得到这9种重金属离子化合物的半数效应浓度EC50的负对数值(-logEC50)分别为4.35、3.08、2.39、3.83、3.34、2.39、3.32、3.93和2.76,说明其毒性顺序为:CdCl2·2.5H2O>ZnSO4·7H2O>Cu(NO3)2·3H2O>Fe(NO3)3·3H2O>Na2SeO3>CoSO4·5H2O>Ni(NO3)2·6H2O>Cr(NO3)3·3H2O≈MnCl2·9H2O.为了研究重金属混合物的毒性规律,设计了4组等效应浓度(EC50、EC15、EC10和EC5)比混合物,测试了其混合物毒性,并应用剂量加和(DA)、独立作用(IA)原理及经典联合毒性评价方法进行了分析.DA与IA分析表明,所研究的4种混合物的毒性具有拮抗特征,而毒性单位法(TU)和混合指数法(MTI)的评价结果均为部分相加作用,相加指数法(AI)的评价结果则为拮抗作用.所选评价方法不同,混合物毒性评价结果可能也不同.     

三氯生对青海弧菌Q67和人乳腺癌细胞MCF-7的时间毒性

三氯生(triclosan,TCS)是一种广谱性抗菌剂,2005年欧盟水框架指令将TCS列为一种新型污染物。目前对TCS的研究局限于急性毒性实验,关于TCS毒性随时间的变化以及不同溶解状态下TCS的毒性差异的研究却鲜有报道。应用以96孔微板为暴露反应载体的微板毒性分析法,添加氢氧化钠(NaOH)或使用二甲亚砜(DMSO)作为助溶剂溶解TCS,分别测定其对青海弧菌Q67的相对发光抑制毒性(15min急性毒性和时间毒性)和对人乳腺癌细胞MCF-7在不同暴露时间(24、48和72h)内的细胞增殖抑制毒性。Q67的急性毒性实验结果表明,碱性条件下TCS的毒性(EC50=3.97(10-8mol.L-1)大于DMSO作为助溶剂时的毒性(EC50=1.68(10-4mol.L-1)。无论碱性条件还是DMSO助溶,TCS在不同暴露时间内对Q67的时间毒性没有明显差异。在不同暴露时间下MCF-7增殖抑制率实验中,DMSO作为助溶剂时,TCS的最高实验浓度为1.46(10-3mol.L-1,随着暴露时间的延长,抑制率在24、48和72h时分别为27.8%、44.2%和62.4%;碱性环境时TCS的最高实验浓度为1.39(10-6mol.L-1,随着暴露时间的延长,抑制率在24、48和72h时分别为20.2%、55.8%和73.9%。研究表明,在DMSO和NaOH作为助溶剂的条件下,TCS对MCF-7均存在时间毒性差异,并且NaOH碱性溶液中TCS对MCF-7的毒性远大于DMSO作为助溶剂时的毒性。