抗生素的环境影响受到全球关注，尤其是对植物的毒性作用。本研究旨在通过代谢组学和蛋白质组学方法探究氟苯尼考（Florfenicol）对小麦（Triticum aestivum L.）幼苗的毒理机制。

浙江工商大学在《Journal of Hazardous Materials》期刊发表题为"Metabolomics and proteomics reveal the toxicological mechanisms of florfenicol stress on wheat (Triticum aestivum L.) seedlings"的文章，通过研究氟苯尼考对小麦幼苗生长状态、抗氧化能力的影响，及代谢组和蛋白质组的变化，揭示了氟苯尼考对小麦毒理调控的机制。

研究背景

  抗生素是农业土壤中典型的有害物质残留，对植物细胞的生物分子造成物理或化学变化，引发细胞应激反应。理解抗生素对植物的应激机制对于评估其环境影响至关重要。
  尽管抗生素对生态的影响已受到世界各国的关注，但对氟苯尼考毒性的研究仍然有限。为了揭示氟苯尼考的毒理学机制，作者对小麦幼苗进行了各项生理生化实验及代谢组学和蛋白质组学研究。

技术手段

实验材料：小麦幼苗

实验方法：蛋白质组和代谢组

主要结果

氟苯尼考显著抑制小麦幼苗的生长，增加MDA含量和膜透性，提高抗氧化酶活性。

随着氟苯尼考浓度的增加，幼苗的新鲜重量（FW）和干重量（DW）均有所下降，表明氟苯尼考显著抑制小麦幼苗的生长。随着氟苯尼考浓度的增加，抗氧化酶活性（包括超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT）增加，丙二醛（MDA）含量和膜透性也增加，表明小麦幼苗经历了氧化应激。

图1：氟苯尼考胁迫下小麦幼苗形态及抗氧化反应。(A)形态;(B) MDA含量;(C) SOD活性;(D) POD活性;(E) CAT活性

叶绿素含量及其合成前体物质含量下降，光合作用和呼吸率降低

叶绿素含量及其合成前体物质（如原卟啉IX、Mg-原卟啉IX和原叶绿酸）的含量随着氟苯尼考浓度的增加而降低。光合作用和呼吸率下降，叶绿素荧光参数也显示出负相关，表明光合作用受到了抑制。

图2：氟苯尼考对光合作用的影响。(A)叶绿素A (Chl A)、叶绿素b (Chl b)和胡萝卜素(Car)含量;(B)叶绿素合成前体含量;(C)光合速率;(D)呼吸速率;(E)叶绿素荧光Fv/Fm图像(从蓝色到红色，损害越严重);(F) PSII的有效量子产率(Y(II));(G)调节能量耗散量子产率(Y(NPQ));(H)电子传递速率(ETR)。

叶绿体超微结构遭到破坏，如膜表面模糊、类囊体排列不规则等

透射电子显微镜观察显示，氟苯尼考处理导致叶绿体结构发生显著变化，包括膜表面模糊、类囊体排列不规则、类囊体膜片层结构破坏和质体球数量增加。

图3：氟苯尼考对叶绿体超微结构的影响。(A)和(B):控制组;(C)和(D): 5 mg kg - 1氟苯尼考

蛋白质组分析显示上调蛋白主要涉及蛋白质重新折叠、翻译、氧化还原过程等，而下调蛋白主要富集在光合作用相关途径

经蛋白质组分析，共鉴定了496个差异表达的蛋白质（DEPs），其中包括362个上调和134个下调的蛋白质。上调的蛋白质主要涉及蛋白质重新折叠、翻译、氧化还原过程、三羧酸（TCA）循环、活性氧（ROS）代谢过程、细胞氧化剂解毒以及对氧化应激的响应。下调的蛋白质主要富集在与光合作用相关的途径。

图4：蛋白质组学分析。(A)蛋白的GO富集分析(TOP 25)(左:下调的DEPs;右:dep上调,由外到内四个圆圈:圆圈1:富集分类，圆圈外为基因数刻度。不同的颜色代表不同的类别;圆圈2:该类别中背景基因的数量和p值。基因越多，条形图越长，值越小，颜色越红;圆圈3:受调控基因比例柱状图。深紫色表示上调基因比例，浅紫色表示下调基因比例。圆圈4:各分类的富集因子值。背景辅助线的每个小单元格代表0.1);(B) KEGG通路注释;(C) KEGG富集(TOP25);(D) KEGG通路网络，五角星:显著富集通路。

代谢组分析发现小麦叶中大多数代谢物如碳水化合物和氨基酸含量显著增加

经代谢组分析得，共鉴定了119个代谢物，其中77个上调和14个下调。代谢物的变化表明氟苯尼考胁迫刺激了TCA循环途径并下调了光合作用途径。

图6：不同代谢产物的变化。(A) PCA分析;(B) OPLS-DA分析;(C)小麦代谢产物VIP评分(VIP >1);(D)氨基酸含量的箱形图;(E)代谢富集途径;(F) TCA循环通路示意图;(G)光合作用途径示意图。红色:上调;绿色:下调。

结合蛋白质组和代谢组的分析结果，TCA循环是一个显著上调的共同途径，而光合作用途径显著下调。

研究结论

  总的来说，作者通过在氟苯尼考影响下的小麦幼苗进行生理生化等实验及蛋白质组学和代谢组学检测，经分析得出氟苯尼考通过影响小麦幼苗的生长、氧化防御酶、光合作用系统活性和叶绿体超微结构，氟苯尼考对小麦幼苗的毒性作用机制。研究结果为氟苯尼考的环境影响和生态风险评估提供了新的视角。