4種花卉對(duì)過(guò)期諾氟沙星膠囊污染土壤和水體的修復(fù)效果

周紹均， 馮發(fā)青

(1.貴州省遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院， 貴州 遵義 563000； 2.貴州省遵義市紅花崗區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 貴州 遵義 563000)

抗生素類(lèi)藥物主要用于治療各種細(xì)菌感染或致病微生物感染類(lèi)疾病，在國(guó)內(nèi)，抗生素使用率達(dá)70%，是歐美國(guó)家的2倍[1]。諾氟沙星膠囊為喹諾酮類(lèi)抗菌藥，是抗生素類(lèi)藥物的一種，用于敏感菌所致的尿路感染、淋病、前列腺炎、腸道感染、傷寒及其他沙門(mén)菌感染[2]，是家庭常備藥品，易于取得，同時(shí)也易堆積而成過(guò)期藥品。藥品過(guò)期后隨意丟棄進(jìn)入土壤和水體后不僅可殺滅土壤、水和沉積物等環(huán)境介質(zhì)中某些微生物，還可抑制相關(guān)微生物的生長(zhǎng)，從而影響環(huán)境微生物群落結(jié)構(gòu)和活性，給土壤中的微生物區(qū)系、水體環(huán)境帶來(lái)巨大影響，進(jìn)而通過(guò)食物鏈對(duì)整個(gè)環(huán)境產(chǎn)生毒害作用，使生態(tài)環(huán)境中的有益菌生長(zhǎng)被抑制、有害菌產(chǎn)生耐藥性，使其生物量、群落結(jié)構(gòu)和生物多樣性發(fā)生改變[3-6]。近年來(lái)，抗生素對(duì)環(huán)境的污染逐漸引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視[7-9]，抗生素污染環(huán)境的修復(fù)研究也備受關(guān)注，環(huán)境修復(fù)方面的專家學(xué)者從應(yīng)用物理、化學(xué)和生物等多學(xué)科的角度對(duì)抗生素污染環(huán)境的修復(fù)進(jìn)行了研究[10-13]。GROTE等[14-16]從植物修復(fù)這一全新領(lǐng)域研究了植物對(duì)抗生素污染環(huán)境的修復(fù)效果表明，植物可以通過(guò)根部來(lái)富集或分解抗生素。但目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于植物對(duì)抗生素污染環(huán)境的修復(fù)研究技術(shù)少有報(bào)道。通過(guò)前期試驗(yàn)考察，多數(shù)植物對(duì)諾氟沙星都有一定的吸附降解能力，考慮植物栽培難易程度，同時(shí)為了比較土壤和水體中同一植物對(duì)諾氟沙星的去除效果，選擇了既能水培又能土培的4種家庭常用培植花卉植物為試驗(yàn)材料，采用高效液相色譜法，以諾氟沙星為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)4種植物對(duì)過(guò)期諾氟沙星膠囊污染土壤和水體的修復(fù)效果，以期為抗生素污染環(huán)境的植物修復(fù)研究提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

供試植物：白掌、綠蘿、銅錢(qián)草和吊蘭，市售。選取長(zhǎng)勢(shì)良好4種供試植物用自來(lái)水將植物葉、莖、根上附著土壤沖洗干凈，去除枯葉和腐爛根系，用蒸餾水培養(yǎng)1 d后備用。

儀器：Agilent1200高效液相色譜儀、Agilent色譜工作站(安捷倫科技有限公司)；KQ-700DE數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；ME204E/02電子天平[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]。

試劑：諾氟沙星對(duì)照品(批號(hào)：130450，中國(guó)藥品生物制品檢定所提供)，諾氟沙星膠囊，市售(放置于家中已過(guò)期，經(jīng)測(cè)定諾氟沙星含量為82.3%)，乙腈為色譜純，色譜用水為超純水(自制)，其他藥品試劑均為分析純。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1) 諾氟沙星污染水體的修復(fù)。配置水體中過(guò)期諾氟沙星濃度分別為0.208 5 g/L、0.412 7 g/L、0.617 0 g/L、0.826 5 g/L和1.034 6 g/L，各濃度設(shè)3個(gè)平行，量取2 L各濃度水體于培養(yǎng)盆中，分別選取生長(zhǎng)狀況相似的白掌、綠蘿、銅錢(qián)草和吊蘭于培養(yǎng)盆中培養(yǎng)，以未添加過(guò)期諾氟沙星膠囊的水體為對(duì)照，分別吸取不同植物培養(yǎng)3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的水體進(jìn)行諾氟沙星測(cè)定。培養(yǎng)期間，對(duì)水體不定時(shí)進(jìn)行攪拌，使水體中諾氟沙星膠囊充分和植物根系接觸，且培養(yǎng)期間的施肥控制相同。

2) 諾氟沙星污染土壤的修復(fù)。調(diào)節(jié)土壤含水量為60%，配置土壤中過(guò)期諾氟沙星濃度分別為0.206 2 g/kg、0.411 9 g/kg、0.618 2 g/kg、0.824 9 g/kg和1.029 7 g/kg，各濃度設(shè)3個(gè)平行，稱取2 kg各濃度土壤于培養(yǎng)盆中，選取生長(zhǎng)狀況相似的白掌、綠蘿、銅錢(qián)草和吊蘭培養(yǎng)盆中栽種培養(yǎng)，以未添加過(guò)期諾氟沙星膠囊的土壤為對(duì)照，分別不同植物培養(yǎng)3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的土壤進(jìn)行諾氟沙星含量的測(cè)定。培養(yǎng)期間的澆水及施肥控制相同，且控制土壤含水量大致不變。

1.2.2諾氟沙星含量的測(cè)定

1) 色譜條件。色譜柱：Agilent ZORBAX SB-C18(4.6×150 mm，5 μm)；流動(dòng)相為0.1%磷酸水溶液-乙腈(84∶16)；體積流量：1.0 mL/min；柱溫30℃，檢測(cè)波長(zhǎng)278 nm；進(jìn)樣量：對(duì)照品5 μL，土壤樣品10 μL，水體樣品5 μL。[17-19]

2) 對(duì)照品溶液的配制。稱取諾氟沙星對(duì)照品適量，加適量1%醋酸溶液溶解，用流動(dòng)相定容并稀釋成含諾氟沙星0.087 01 mg/mL的對(duì)照品溶液。精密吸取對(duì)照品溶液及供試品溶液分別注入高效液相色譜儀，按色譜條件進(jìn)樣，記錄色譜圖。

3) 供試品溶液配制。分別精密吸取和稱定培養(yǎng)3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的水體5 mL和土壤2.5 g，加適量1%醋酸超聲提取15 min，再用流動(dòng)相定容至25 mL作為供試品溶液，測(cè)定諾氟沙星含量。

1.2.3測(cè)定樣品中諾氟沙星的計(jì)算

土壤中諾氟沙星濃度：C樣(g/kg)=(C對(duì)×V對(duì)×A樣)×V定容/(m樣×V進(jìn)樣×A對(duì))

水體中諾氟沙星濃度：C樣(mg/mL)=(C對(duì)×V對(duì)×A樣)×V定容/(V樣×V進(jìn)樣×A對(duì))

式中，C樣為供試土壤和水樣中的諾氟沙星濃度，C對(duì)為諾氟沙星對(duì)照品濃度，V定容為試樣定容體積，A樣為供試品的峰面積，V對(duì)為對(duì)照品進(jìn)樣體積，V進(jìn)樣為供試品進(jìn)樣體積，A對(duì)為對(duì)照品的峰面積，m樣為供試品稱樣量，V樣為供試品取樣量。

2結(jié)果與分析

2.14種花卉對(duì)過(guò)期諾氟沙星污染土壤的修復(fù)效果

從表1可知，隨著植物培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤中諾氟沙星濃度逐漸降低。隨著土壤中諾氟沙星濃度的升高，銅錢(qián)草和白掌對(duì)土壤中諾氟沙星的去除率逐漸下降；吊蘭和綠蘿對(duì)土壤中諾氟沙星的去除率呈先升后降趨勢(shì)。針對(duì)不同植物對(duì)土壤中諾氟沙星的去除情況，在諾氟沙星濃度為0.206 2 g/kg時(shí)，銅錢(qián)草和白掌的去除率最大，分別為7.56%和12.44%。在諾氟沙星濃度為0.411 9 g/kg時(shí)，吊蘭的去除率最大，為20.95%，在諾氟沙星濃度為0.618 2 g/kg時(shí)，綠蘿的去除率最大，為14.77%。不同濃度處理的土壤，4種植物在在土壤中培養(yǎng)一定時(shí)間后，其諾氟沙星濃度與起始濃度相比呈顯著或極顯著下降。表明，4種植物在土培過(guò)程中均有一定程度富集或吸收降解土壤中諾氟沙星的能力，其中以吊蘭的去除效果最好。

表1 4種花卉植物不同培養(yǎng)時(shí)間的土壤諾氟沙星濃度變化

注：表中相同處理同行不同大小寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different capital and lowercase letters in the same row of the same treatment indicate that the difference is extremely significant (P<0.01) and significant (P<0.05), the same below.

2.24種花卉對(duì)過(guò)期諾氟沙星污染水體的修復(fù)效果

從表2可知，隨著植物培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，水體諾氟沙星濃度逐漸降低。隨著水體諾氟沙星濃度的升高，綠蘿對(duì)水體中諾氟沙星的去除率逐漸降低；銅錢(qián)草、吊蘭和白掌對(duì)水體中諾氟沙星的去除率呈先升后降趨勢(shì)。針對(duì)不同植物對(duì)水體中諾氟沙星的去除情況，在諾氟沙星濃度為0.208 5 g/L時(shí)，綠蘿去除率最大，為15.63%；在諾氟沙星濃度為0.412 7 g/L時(shí)銅錢(qián)草、吊蘭和白掌的去除率最大，分別為6.43%、16.13%和16.30%。不同處理濃度的水體，4種植物在在水體中培養(yǎng)一定時(shí)間后，其諾氟沙星濃度與起始濃度相比均呈顯著或極顯著下降。表明，4種植物在水培過(guò)程中均有一定程度富集或吸收降解水體中諾氟沙星的能力，其中以白掌的去除效果最好。

表2 4種花卉植物不同培養(yǎng)時(shí)間的水體諾氟沙星濃度變化

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，隨著植物培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤和水體中諾氟沙星濃度逐漸降低。銅錢(qián)草、吊蘭、白掌和綠蘿對(duì)土壤和水體中諾氟沙星均有一定的去除效果，總體來(lái)看，培養(yǎng)15 d后，在土壤中，諾氟沙星濃度0.411 9 g/kg，吊蘭對(duì)其去除率最大，為20.95%；在水體中，諾氟沙星濃度0.412 7 g/L，白掌對(duì)其去除率達(dá)最大，為16.30%。

3.2討論

環(huán)境中抗生素含量可作為評(píng)價(jià)環(huán)境受抗生素污染程度的重要指標(biāo)，諾氟沙星膠囊是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫目股?，過(guò)期后于包裝環(huán)境下干燥避光保存不易降解[2]，但丟棄于自然環(huán)境中，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響[3-6]。丟棄后由于各種原因其在土壤或水體中含量具有較大波動(dòng)性，所以有必要選用不同濃度進(jìn)行研究[19-20]。因此試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)配置系列濃度的方法對(duì)過(guò)期諾氟沙星膠囊污染的土壤或水體進(jìn)行植物修復(fù)研究。

目前對(duì)于抗生素污染環(huán)境的植物修復(fù)研究較少，SUZAL等[21]研究認(rèn)為，植物根系有去除土壤及水體環(huán)境中抗生素等污染物的作用。機(jī)理可能是植物生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)根部直接富集或吸收、根系分泌物吸收降解以及生長(zhǎng)環(huán)境中微生物對(duì)抗生素的降解等綜合作用從而達(dá)到修復(fù)的作用[20，22-23]。吸入植物體內(nèi)的抗生素或被分解[24]，或是以原來(lái)的形態(tài)富集在植物體內(nèi)[19]。試驗(yàn)表明白掌、綠蘿、銅錢(qián)草和吊蘭4種植物對(duì)土壤和水體中的過(guò)期諾氟沙星膠囊均有一定的去除能力，從而對(duì)過(guò)期諾氟沙星膠囊污染的土壤或水體有一定修復(fù)功能。但每種植物的去除能力不同，如在土壤中培養(yǎng)時(shí)，相同培養(yǎng)條件下，吊蘭對(duì)諾氟沙星的去除效果最好；在水體中培養(yǎng)時(shí)，白掌對(duì)諾氟沙星的去除效果最好?？赡苁窃谕僚噙^(guò)程中吊蘭根系分泌物較其他3種植物多，根系活力旺盛，且生長(zhǎng)速度也相對(duì)較快，生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)根部直接富集或吸收降解諾氟沙星量較多；水體中培養(yǎng)時(shí)，白掌根系粗、密、長(zhǎng)，在水培過(guò)程中白掌根系充分和水體中諾氟沙星接觸，從而對(duì)諾氟沙星富集或吸收降解能力增強(qiáng)。吊蘭和銅錢(qián)草在土壤中修復(fù)諾氟沙星的能力高于水體中，可能是土壤中微生物較水體中復(fù)雜，土壤中微生物降解占一定比例，從而增加去除諾氟沙星能力。觀察得知綠蘿和白掌在水培過(guò)程中生長(zhǎng)速度較土培環(huán)境快，吊蘭和銅錢(qián)草在土培過(guò)程中生長(zhǎng)速度較水培環(huán)境快，因此推斷植物修復(fù)環(huán)境中諾氟沙星能力也可能與植物適應(yīng)生長(zhǎng)環(huán)境密切相關(guān)。在相同培養(yǎng)條件下，每間隔3 d銅錢(qián)草清除諾氟沙星變化幅度最大，且去除率最先達(dá)峰值，白掌次之，可能植物對(duì)諾氟沙星的去除效果跟植物本身生理特性及生長(zhǎng)速度等密切相關(guān)，因銅錢(qián)草根、莖、葉均比其他3種植物細(xì)，根系密度大，生長(zhǎng)速率快，與諾氟沙星接觸的根系面積最大，故對(duì)諾氟沙星的吸收變化幅度最大；白掌生長(zhǎng)速度慢，新陳代謝慢，根系粗、密、長(zhǎng)，與諾氟沙星接觸的根系面積大，也易達(dá)峰值。