在现代集约化畜牧业中，抗生素被广泛用作饲料添加剂以促进动物生长和预防疾病[1]。近年来，全球兽用抗生素的消费量稳步增加，其中高达88%通过粪便和尿液以原形排出[2]，[3]。这一现象导致大量未吸收的抗生素进入环境，并在生态系统中持续存在。许多研究表明，环境中的抗生素残留物仍具有生物活性[4]，如果处理不当，这些残留物可能通过灌溉和降水进入土壤生态系统，并被植物根部吸收。一旦被吸收，它们可以在土壤-植物系统中迁移、转化和积累，最终扰乱植物的生理过程[5]。通过食物链的营养传递，这些污染物有可能在体内积累，最终对人类健康构成风险。
四环素（TCs）、喹诺酮类（QN）和大环内酯类（MLs）因其成本效益和广谱抗菌特性而在畜牧业和家禽生产中得到广泛应用。然而，这些抗生素在环境中的高持久性导致其在土壤中的残留浓度高达mg·kg−1[6]，[7]。抗生素残留物的高浓度对陆地生态系统，特别是土壤-植物系统，构成了显著的生态风险。这一问题引起了越来越多的科学关注，并成为环境和农业科学领域的重要研究重点。先前的研究表明，抗生素暴露会对植物产生一系列不良影响[8]，[9]，[10]。例如，10mg/L的TCs抑制了黑麦草和小麦的细胞生长，减少了光合色素的含量，并破坏了细胞膜的完整性，最终导致植物氧化损伤[11]；800nM/L的QN通过抑制psbD活性降低了水稻的光合作用[12]；400μg/L的MLs抑制了藻类的叶绿素生物合成，导致光合作用减弱和生长性能下降[13]。此外，抗生素的环境残留物通过改变根际微生物群落的结构和代谢产物的组成，对植物的生长和发育产生负面影响[14]，[15]，[16]。在现代饮食系统中，植物是人类和动物的基本食物来源。因此，研究抗生素在番茄幼苗中的生态毒性效应至关重要，不仅有助于评估其在农业土壤中的生态风险，还能为了解各类抗生素的植物毒性机制提供关键的科学见解。
CTC、ENR和TYL代表了三类使用率较高且环境持久性强的兽用抗生素（TCs、QN和MLs）。它们的结构稳定性、低水溶性和对土壤颗粒的强亲和力导致形成了持久的环境残留物，从而频繁被检测到[17]，[18]。CTC和ENR在土壤中具有很强的吸附性，移动性低，衰减缓慢，半衰期从几十天到几个月不等。相比之下，TYL在环境中相对不稳定，通常在土壤中的半衰期仅为几天。尽管如此，这三种化合物都容易被微生物降解[19]，[20]。相关研究表明，20mg/L的CTC降低了细胞内钙水平，从而改变了蛋白质合成的模式和程度，最终抑制了拟南芥的生长，并产生了其他毒性效应[21]；40mg/L的ENR导致小麦根部氧化损伤，干扰了信号传导和激素调节，显著抑制了根部生长[22]；100mg/L的TYL显著降低了土壤微生物的多样性和相对丰度，对土壤微生物群落产生了不利影响[23]。尽管已经进行了大量关于各种抗生素毒性的研究，但目前的研究主要集中在单个抗生素对植物生理参数的影响上。系统比较不同抗生素类别的毒性效应的研究仍然有限，将植物水平反应与根际微环境变化相结合的研究更为罕见。
作为重要的经济蔬菜作物，番茄幼苗对土壤中存在的化学污染物具有高度敏感性。因此，它们被广泛用作评估环境污染物生态毒性效应的模型植物。目前，大多数研究主要通过有限的常规指标来阐明抗生素的毒性机制。这些指标通常包括番茄幼苗的生长抑制、叶绿素含量的变化[24]以及抗生素暴露后根际微生物群落结构的变化[25]。全面研究不同抗生素类别的差异植物毒性，并同时考察它们对植物生理反应、根际微生物群落结构和代谢谱的影响仍然非常缺乏。因此，进行多层次实验以阐明植物对污染物的综合生理、微生物和代谢反应至关重要。这种方法对于系统理解典型兽用抗生素的植物毒性效应至关重要。
因此，本研究旨在通过综合生理学、生物化学和多组学方法，系统评估三种代表性兽用抗生素（CTC、ENR和TYL）对番茄幼苗的差异植物毒性。通过比较植物功能特征、氧化应激反应和能量代谢，阐明它们对根际微生物群落结构和代谢谱的类别特异性影响，并构建一个将植物生理与根际微环境动态联系起来的综合毒性反应网络，这一多维框架提供了对抗生素污染生态毒性风险的系统理解，并为安全蔬菜生产的风险管理策略奠定了科学基础。
