4種花卉對過期諾氟沙星膠囊污染土壤和水體的修復效果

周紹均， 馮發青

(1.貴州省遵義市產品質量檢驗檢測院， 貴州 遵義 563000； 2.貴州省遵義市紅花崗區環境監測站， 貴州 遵義 563000)

抗生素類藥物主要用于治療各種細菌感染或致病微生物感染類疾病，在國內，抗生素使用率達70%，是歐美國家的2倍[1]。諾氟沙星膠囊為喹諾酮類抗菌藥，是抗生素類藥物的一種，用于敏感菌所致的尿路感染、淋病、前列腺炎、腸道感染、傷寒及其他沙門菌感染[2]，是家庭常備藥品，易于取得，同時也易堆積而成過期藥品。藥品過期后隨意丟棄進入土壤和水體后不僅可殺滅土壤、水和沉積物等環境介質中某些微生物，還可抑制相關微生物的生長，從而影響環境微生物群落結構和活性，給土壤中的微生物區系、水體環境帶來巨大影響，進而通過食物鏈對整個環境產生毒害作用，使生態環境中的有益菌生長被抑制、有害菌產生耐藥性，使其生物量、群落結構和生物多樣性發生改變[3-6]。近年來，抗生素對環境的污染逐漸引起國內外學者的重視[7-9]，抗生素污染環境的修復研究也備受關注，環境修復方面的專家學者從應用物理、化學和生物等多學科的角度對抗生素污染環境的修復進行了研究[10-13]。GROTE等[14-16]從植物修復這一全新領域研究了植物對抗生素污染環境的修復效果表明，植物可以通過根部來富集或分解抗生素。但目前，國內關于植物對抗生素污染環境的修復研究技術少有報道。通過前期試驗考察，多數植物對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，同時為了比較土壤和水體中同一植物對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材料，采用高效液相色譜法，以諾氟沙星為評價指標，評價4種植物對過期諾氟沙星膠囊污染土壤和水體的修復效果，以期為抗生素污染環境的植物修復研究提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

供試植物：白掌、綠蘿、銅錢草和吊蘭，市售。選取長勢良好4種供試植物用自來水將植物葉、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：諾氟沙星對照品(批號：130450，中國藥品生物制品檢定所提供)，諾氟沙星膠囊，市售(放置于家中已過期，經測定諾氟沙星含量為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試驗設計

1) 諾氟沙星污染水體的修復。配置水體中過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3個平行，量取2 L各濃度水體于培養盆中，分別選取生長狀況相似的白掌、綠蘿、銅錢草和吊蘭于培養盆中培養，以未添加過期諾氟沙星膠囊的水體為對照，分別吸取不同植物培養3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的水體進行諾氟沙星測定。培養期間，對水體不定時進行攪拌，使水體中諾氟沙星膠囊充分和植物根系接觸，且培養期間的施肥控制相同。

2) 諾氟沙星污染土壤的修復。調節土壤含水量為60%，配置土壤中過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3個平行，稱取2 kg各濃度土壤于培養盆中，選取生長狀況相似的白掌、綠蘿、銅錢草和吊蘭培養盆中栽種培養，以未添加過期諾氟沙星膠囊的土壤為對照，分別不同植物培養3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的土壤進行諾氟沙星含量的測定。培養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諾氟沙星含量的測定

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

2) 對照品溶液的配制。稱取諾氟沙星對照品適量，加適量1%醋酸溶液溶解，用流動相定容并稀釋成含諾氟沙星0.087 01 mg/mL的對照品溶液。精密吸取對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，再用流動相定容至25 mL作為供試品溶液，測定諾氟沙星含量。

1.2.3測定樣品中諾氟沙星的計算

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

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

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

2結果與分析

2.14種花卉對過期諾氟沙星污染土壤的修復效果

從表1可知，隨著植物培養時間的延長，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，銅錢草和白掌對土壤中諾氟沙星的去除率逐漸下降；吊蘭和綠蘿對土壤中諾氟沙星的去除率呈先升后降趨勢。針對不同植物對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，銅錢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，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，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一定時間后，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時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種花卉對過期諾氟沙星污染水體的修復效果

從表2可知，隨著植物培養時間的延長，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，綠蘿對水體中諾氟沙星的去除率逐漸降低；銅錢草、吊蘭和白掌對水體中諾氟沙星的去除率呈先升后降趨勢。針對不同植物對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，綠蘿去除率最大，為15.63%；在諾氟沙星濃度為0.412 7 g/L時銅錢草、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一定時間后，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時間的水體諾氟沙星濃度變化

3結論與討論

3.1結論

經過試驗，隨著植物培養時間的延長，土壤和水體中諾氟沙星濃度逐漸降低。銅錢草、吊蘭、白掌和綠蘿對土壤和水體中諾氟沙星均有一定的去除效果，總體來看，培養15 d后，在土壤中，諾氟沙星濃度0.411 9 g/kg，吊蘭對其去除率最大，為20.95%；在水體中，諾氟沙星濃度0.412 7 g/L，白掌對其去除率達最大，為16.30%。

3.2討論

環境中抗生素含量可作為評價環境受抗生素污染程度的重要指標，諾氟沙星膠囊是人們日常生活中常用的抗生素，過期后于包裝環境下干燥避光保存不易降解[2]，但丟棄于自然環境中，對生態環境造成影響[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性，所以有必要選用不同濃度進行研究[19-20]。因此試驗采用實驗室內配置系列濃度的方法對過期諾氟沙星膠囊污染的土壤或水體進行植物修復研究。

目前對于抗生素污染環境的植物修復研究較少，SUZAL等[21]研究認為，植物根系有去除土壤及水體環境中抗生素等污染物的作用。機理可能是植物生長過程中通過根部直接富集或吸收、根系分泌物吸收降解以及生長環境中微生物對抗生素的降解等綜合作用從而達到修復的作用[20，22-23]。吸入植物體內的抗生素或被分解[24]，或是以原來的形態富集在植物體內[19]。試驗表明白掌、綠蘿、銅錢草和吊蘭4種植物對土壤和水體中的過期諾氟沙星膠囊均有一定的去除能力，從而對過期諾氟沙星膠囊污染的土壤或水體有一定修復功能。但每種植物的去除能力不同，如在土壤中培養時，相同培養條件下，吊蘭對諾氟沙星的去除效果最好；在水體中培養時，白掌對諾氟沙星的去除效果最好。可能是在土培過程中吊蘭根系分泌物較其他3種植物多，根系活力旺盛，且生長速度也相對較快，生長過程中通過根部直接富集或吸收降解諾氟沙星量較多；水體中培養時，白掌根系粗、密、長，在水培過程中白掌根系充分和水體中諾氟沙星接觸，從而對諾氟沙星富集或吸收降解能力增強。吊蘭和銅錢草在土壤中修復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程中生長速度較土培環境快，吊蘭和銅錢草在土培過程中生長速度較水培環境快，因此推斷植物修復環境中諾氟沙星能力也可能與植物適應生長環境密切相關。在相同培養條件下，每間隔3 d銅錢草清除諾氟沙星變化幅度最大，且去除率最先達峰值，白掌次之，可能植物對諾氟沙星的去除效果跟植物本身生理特性及生長速度等密切相關，因銅錢草根、莖、葉均比其他3種植物細，根系密度大，生長速率快，與諾氟沙星接觸的根系面積最大，故對諾氟沙星的吸收變化幅度最大；白掌生長速度慢，新陳代謝慢，根系粗、密、長，與諾氟沙星接觸的根系面積大，也易達峰值。