不同碳源条件下NFX的降解动力学如图2所示。经过7天培养，无碳源对照组中NFX的降解率为30.8%；当葡萄糖添加浓度为1、10和20 mmol/L时，NFX的降解率对应为40.5%、61.5%和59.5%（图2a）；当乙酸钠添加浓度为1、10和20 mmol/L时，NFX的降解率对应为35.4%、41.1%和38.6%（图2b）；当碳酸钠添加浓度为1、10和20 mmol/L时，NFX的降解率对应为33.6%、15.0%和12.3%（图2c）；当甘氨酸添加浓度为1、10和20 mmol/L时，对NFX的降解率对应为42.4%、59.4和55.7%（图2d）。4种碳源均能促进NFX的降解，促进作用大小依次为葡萄糖>甘氨酸>乙酸钠>碳酸钠。当碳源浓度由1 mmol/L升高至10 mmol/L时NFX的降解率提高（碳酸钠除外），但当碳源浓度继续升高至20 mmol/L时NFX的降解率呈降低趋势。本研究发现，
C. pyrenoidosa
介导的NFX降解以葡萄糖为最佳碳源，且最佳添加浓度为10 mmol/L。
图2 不同碳源条件下诺氟沙星（NFX，0.5 mg/L）的降解转化动力学
a）葡萄糖；b）乙酸钠；c）碳酸钠；d）甘氨酸；对照组：CK1：仅含0.5 mg/L NFX和小球藻的生物对照组，无额外添加碳源；CK2：仅含0.5 mg/L NFX，无小球藻的非生物对照组（光照）；CK3：仅含0.5 mg/L NFX，无小球藻的非生物对照组（黑暗）。
如图3所示，不同碳源对
C. pyrenoidosa
应激氧化酶和EPS的含量具有显著影响。谷胱甘肽（GSH）作为抗氧化能力的重要指示剂，在缓解氧化应激和提高细胞抵抗力方面起关键作用。研究发现，葡萄糖和乙酸钠处理组显著提升了GSH水平，而碳酸钠和甘氨酸处理组则有所降低（图3b），表明葡萄糖和乙酸钠在增强
C. pyrenoidosa
抗氧化能力方面效果较为突出。过氧化物酶（POD）通过利用H
2
O
2
参与NFX降解，同时减轻共代谢过程中细胞的应激反应。研究显示，不同碳源显著影响POD活性，其中葡萄糖处理组的POD活性最高，相较对照组提升了10.80倍，显著加速了NFX的降解（图3d）。此外，EPS在缓解细胞压力和提高降解效率中扮演了关键角色，大多数碳源促进了EPS蛋白的生产，尤其是葡萄糖和甘氨酸处理组的EPS蛋白含量显著高于其他组（图3e）；而乙酸钠是唯一显著促进EPS多糖生产的碳源（图3f）。EPS蛋白的增加与NFX的去除效率呈一致性，表明其在共代谢过程中至关重要。
图3 碳源（10 mmol/L）对
C. pyrenoidosa
应激氧化酶和胞外聚合物的影响
a）丙二醛；b）谷胱甘肽；c）超氧化物歧化酶；d）过氧化物酶；e）胞外蛋白；f）胞外多糖。CK1：空白对照组，含有0.5 mg/L的诺氟沙星（NFX）和小球藻，但未添加额外的碳源。
随后采用LC-MS对藻细胞外吸附和藻细胞内累积的NFX浓度进行分析，结果如表1所示。NFX降解过程中，非生物作用所占的比例为0.92%，非生物作用占比低，说明本实验中NFX的降解以
C. pyrenoidosa
介导的生物作用为主导。另外，所有处理组生物吸附和生物累积占比均较低，因此认为生物转化是
C. pyrenoidosa
降解NFX的主要机制。进一步，利用X射线能谱仪分析NFX在微藻细胞中的分布情况。微藻中F元素的质量百分比和原子百分比如表2所示。在不添加NFX的空白对照组中，微藻细胞内均未检出元素F，说明正常情况下，微藻细胞内不存在F元素。而NFX降解实验组中，观察到F元素存在于细胞壁和细胞内部，表明吸附于微藻表面的部分NFX进入藻细胞内。微藻对NFX的去除机制可简单概括为3步：1）NFX首先通过生物吸附作用吸附于藻细胞壁；2）随后，藻细胞通过动扩散、被动促进扩散和主动摄取等途径将NFX吸收进入藻细胞内部，并在细胞内部开始累积；3）进入藻细胞内的部分抗生素可通过酶促反应降解。
表1 NFX降解质量平衡
表
2
微藻中
F
元素的质量百分比和原子百分比
4 NFX降解转化产物鉴定及路径推导
本研究采用
UPLC-QTOF-MS
重点分析
NFX
在最佳碳源条件的降解转化产物。
根据精确的质荷比（
m/z
）以及保留时间（
RT
）初步确定
NFX
的可能降解转化产物，随后根据可能的分子式和特征碎片离子进一步确定其化学结构。
总共鉴定到涉及脱氟、哌嗪环转化、脱羧、乙酰化和氧化等多种反应的
8
种主要代谢产物（
TPs
）（图
4
）。
如图
4
所示，在代谢途径
A
中，
NFX
通过脱氟反应转化为
TP1
（
m/z=300.1347，
C
16
H
19
N
3
O
3
），随后通过哌嗪环的去除形成
TP2
（
m/z=233.0917，
C
12
H
12
N
2
O
3
）。
在代谢途径
B
中，喹诺酮环上的–
C
2
H
5
基团被氧化为
–
C
2
H
3
O
，生成
TP3
（
m/z=392.1268，C
16
H
16
F
N
3
O
4
）。
在代谢途径
C
中，哌嗪环部分和完全去烷基化分别生成
TP4
（
m/z=294.1251，
C
12
H
11
F
N
2
O
3
）和
TP5
（
m/z=251.0827，
C
12
H
11
F
N
2
O
3
）。
随后，
TP5
进一步氧化生成
TP6
（
m/z=251.0467，
C
11
H
7
F
N
2
O
4
）。
在代谢途径
D
中，
NFX
通过脱羧反应生成
TP7
（
m/z=276.1509，
C
15
H
18
F
N
3
O
）。
在代谢途径
E
中，
TP8
（
m/z=362.1513，
C
18
H
20
F
N
3
O
4
）被鉴定为
N-
乙酰诺氟沙星，是
C
.
pyrenoidosa
共代谢降解
NFX
产生的主要产物。
乙酰化是
NFX
生物降解的常见反应，此前已在真菌
Pestalotiopsis guepini
和活性污泥中有所报道。
