4种花卉对过期诺氟沙星胶囊污染土壤和水体的修复效果

周绍均， 冯发青

(1.贵州省遵义市产品质量检验检测院， 贵州 遵义 563000； 2.贵州省遵义市红花岗区环境监测站， 贵州 遵义 563000)

抗生素类药物主要用于治疗各种细菌感染或致病微生物感染类疾病，在国内，抗生素使用率达70%，是欧美国家的2倍[1]。诺氟沙星胶囊为喹诺酮类抗菌药，是抗生素类药物的一种，用于敏感菌所致的尿路感染、淋病、前列腺炎、肠道感染、伤寒及其他沙门菌感染[2]，是家庭常备药品，易于取得，同时也易堆积而成过期药品。药品过期后随意丢弃进入土壤和水体后不仅可杀灭土壤、水和沉积物等环境介质中某些微生物，还可抑制相关微生物的生长，从而影响环境微生物群落结构和活性，给土壤中的微生物区系、水体环境带来巨大影响，进而通过食物链对整个环境产生毒害作用，使生态环境中的有益菌生长被抑制、有害菌产生耐药性，使其生物量、群落结构和生物多样性发生改变[3-6]。近年来，抗生素对环境的污染逐渐引起国内外学者的重视[7-9]，抗生素污染环境的修复研究也备受关注，环境修复方面的专家学者从应用物理、化学和生物等多学科的角度对抗生素污染环境的修复进行了研究[10-13]。GROTE等[14-16]从植物修复这一全新领域研究了植物对抗生素污染环境的修复效果表明，植物可以通过根部来富集或分解抗生素。但目前，国内关于植物对抗生素污染环境的修复研究技术少有报道。通过前期试验考察，多数植物对诺氟沙星都有一定的吸附降解能力，考虑植物栽培难易程度，同时为了比较土壤和水体中同一植物对诺氟沙星的去除效果，选择了既能水培又能土培的4种家庭常用培植花卉植物为试验材料，采用高效液相色谱法，以诺氟沙星为评价指标，评价4种植物对过期诺氟沙星胶囊污染土壤和水体的修复效果，以期为抗生素污染环境的植物修复研究提供参考。

1材料与方法

1.1供试材料

供试植物：白掌、绿萝、铜钱草和吊兰，市售。选取长势良好4种供试植物用自来水将植物叶、茎、根上附着土壤冲洗干净，去除枯叶和腐烂根系，用蒸馏水培养1 d后备用。

仪器：Agilent1200高效液相色谱仪、Agilent色谱工作站(安捷伦科技有限公司)；KQ-700DE数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；ME204E/02电子天平[梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司]。

试剂：诺氟沙星对照品(批号：130450，中国药品生物制品检定所提供)，诺氟沙星胶囊，市售(放置于家中已过期，经测定诺氟沙星含量为82.3%)，乙腈为色谱纯，色谱用水为超纯水(自制)，其他药品试剂均为分析纯。

1.2方法

1.2.1试验设计

1) 诺氟沙星污染水体的修复。配置水体中过期诺氟沙星浓度分别为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，各浓度设3个平行，量取2 L各浓度水体于培养盆中，分别选取生长状况相似的白掌、绿萝、铜钱草和吊兰于培养盆中培养，以未添加过期诺氟沙星胶囊的水体为对照，分别吸取不同植物培养3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的水体进行诺氟沙星测定。培养期间，对水体不定时进行搅拌，使水体中诺氟沙星胶囊充分和植物根系接触，且培养期间的施肥控制相同。

2) 诺氟沙星污染土壤的修复。调节土壤含水量为60%，配置土壤中过期诺氟沙星浓度分别为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，各浓度设3个平行，称取2 kg各浓度土壤于培养盆中，选取生长状况相似的白掌、绿萝、铜钱草和吊兰培养盆中栽种培养，以未添加过期诺氟沙星胶囊的土壤为对照，分别不同植物培养3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的土壤进行诺氟沙星含量的测定。培养期间的浇水及施肥控制相同，且控制土壤含水量大致不变。

1.2.2诺氟沙星含量的测定

1) 色谱条件。色谱柱：Agilent ZORBAX SB-C18(4.6×150 mm，5 μm)；流动相为0.1%磷酸水溶液-乙腈(84∶16)；体积流量：1.0 mL/min；柱温30℃，检测波长278 nm；进样量：对照品5 μL，土壤样品10 μL，水体样品5 μL。[17-19]

2) 对照品溶液的配制。称取诺氟沙星对照品适量，加适量1%醋酸溶液溶解，用流动相定容并稀释成含诺氟沙星0.087 01 mg/mL的对照品溶液。精密吸取对照品溶液及供试品溶液分别注入高效液相色谱仪，按色谱条件进样，记录色谱图。

3) 供试品溶液配制。分别精密吸取和称定培养3 d、6 d、9 d、12 d和15 d的水体5 mL和土壤2.5 g，加适量1%醋酸超声提取15 min，再用流动相定容至25 mL作为供试品溶液，测定诺氟沙星含量。

1.2.3测定样品中诺氟沙星的计算

土壤中诺氟沙星浓度：C样(g/kg)=(C对×V对×A样)×V定容/(m样×V进样×A对)

水体中诺氟沙星浓度：C样(mg/mL)=(C对×V对×A样)×V定容/(V样×V进样×A对)

式中，C样为供试土壤和水样中的诺氟沙星浓度，C对为诺氟沙星对照品浓度，V定容为试样定容体积，A样为供试品的峰面积，V对为对照品进样体积，V进样为供试品进样体积，A对为对照品的峰面积，m样为供试品称样量，V样为供试品取样量。

2结果与分析

2.14种花卉对过期诺氟沙星污染土壤的修复效果

从表1可知，随着植物培养时间的延长，土壤中诺氟沙星浓度逐渐降低。随着土壤中诺氟沙星浓度的升高，铜钱草和白掌对土壤中诺氟沙星的去除率逐渐下降；吊兰和绿萝对土壤中诺氟沙星的去除率呈先升后降趋势。针对不同植物对土壤中诺氟沙星的去除情况，在诺氟沙星浓度为0.206 2 g/kg时，铜钱草和白掌的去除率最大，分别为7.56%和12.44%。在诺氟沙星浓度为0.411 9 g/kg时，吊兰的去除率最大，为20.95%，在诺氟沙星浓度为0.618 2 g/kg时，绿萝的去除率最大，为14.77%。不同浓度处理的土壤，4种植物在在土壤中培养一定时间后，其诺氟沙星浓度与起始浓度相比呈显著或极显著下降。表明，4种植物在土培过程中均有一定程度富集或吸收降解土壤中诺氟沙星的能力，其中以吊兰的去除效果最好。

表1 4种花卉植物不同培养时间的土壤诺氟沙星浓度变化

注：表中相同处理同行不同大小写字母表示差异极显著(P<0.01)和显著(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种花卉对过期诺氟沙星污染水体的修复效果

从表2可知，随着植物培养时间的延长，水体诺氟沙星浓度逐渐降低。随着水体诺氟沙星浓度的升高，绿萝对水体中诺氟沙星的去除率逐渐降低；铜钱草、吊兰和白掌对水体中诺氟沙星的去除率呈先升后降趋势。针对不同植物对水体中诺氟沙星的去除情况，在诺氟沙星浓度为0.208 5 g/L时，绿萝去除率最大，为15.63%；在诺氟沙星浓度为0.412 7 g/L时铜钱草、吊兰和白掌的去除率最大，分别为6.43%、16.13%和16.30%。不同处理浓度的水体，4种植物在在水体中培养一定时间后，其诺氟沙星浓度与起始浓度相比均呈显著或极显著下降。表明，4种植物在水培过程中均有一定程度富集或吸收降解水体中诺氟沙星的能力，其中以白掌的去除效果最好。

表2 4种花卉植物不同培养时间的水体诺氟沙星浓度变化

3结论与讨论

3.1结论

经过试验，随着植物培养时间的延长，土壤和水体中诺氟沙星浓度逐渐降低。铜钱草、吊兰、白掌和绿萝对土壤和水体中诺氟沙星均有一定的去除效果，总体来看，培养15 d后，在土壤中，诺氟沙星浓度0.411 9 g/kg，吊兰对其去除率最大，为20.95%；在水体中，诺氟沙星浓度0.412 7 g/L，白掌对其去除率达最大，为16.30%。

3.2讨论

环境中抗生素含量可作为评价环境受抗生素污染程度的重要指标，诺氟沙星胶囊是人们日常生活中常用的抗生素，过期后于包装环境下干燥避光保存不易降解[2]，但丢弃于自然环境中，对生态环境造成影响[3-6]。丢弃后由于各种原因其在土壤或水体中含量具有较大波动性，所以有必要选用不同浓度进行研究[19-20]。因此试验采用实验室内配置系列浓度的方法对过期诺氟沙星胶囊污染的土壤或水体进行植物修复研究。

目前对于抗生素污染环境的植物修复研究较少，SUZAL等[21]研究认为，植物根系有去除土壤及水体环境中抗生素等污染物的作用。机理可能是植物生长过程中通过根部直接富集或吸收、根系分泌物吸收降解以及生长环境中微生物对抗生素的降解等综合作用从而达到修复的作用[20，22-23]。吸入植物体内的抗生素或被分解[24]，或是以原来的形态富集在植物体内[19]。试验表明白掌、绿萝、铜钱草和吊兰4种植物对土壤和水体中的过期诺氟沙星胶囊均有一定的去除能力，从而对过期诺氟沙星胶囊污染的土壤或水体有一定修复功能。但每种植物的去除能力不同，如在土壤中培养时，相同培养条件下，吊兰对诺氟沙星的去除效果最好；在水体中培养时，白掌对诺氟沙星的去除效果最好。可能是在土培过程中吊兰根系分泌物较其他3种植物多，根系活力旺盛，且生长速度也相对较快，生长过程中通过根部直接富集或吸收降解诺氟沙星量较多；水体中培养时，白掌根系粗、密、长，在水培过程中白掌根系充分和水体中诺氟沙星接触，从而对诺氟沙星富集或吸收降解能力增强。吊兰和铜钱草在土壤中修复诺氟沙星的能力高于水体中，可能是土壤中微生物较水体中复杂，土壤中微生物降解占一定比例，从而增加去除诺氟沙星能力。观察得知绿萝和白掌在水培过程中生长速度较土培环境快，吊兰和铜钱草在土培过程中生长速度较水培环境快，因此推断植物修复环境中诺氟沙星能力也可能与植物适应生长环境密切相关。在相同培养条件下，每间隔3 d铜钱草清除诺氟沙星变化幅度最大，且去除率最先达峰值，白掌次之，可能植物对诺氟沙星的去除效果跟植物本身生理特性及生长速度等密切相关，因铜钱草根、茎、叶均比其他3种植物细，根系密度大，生长速率快，与诺氟沙星接触的根系面积最大，故对诺氟沙星的吸收变化幅度最大；白掌生长速度慢，新陈代谢慢，根系粗、密、长，与诺氟沙星接触的根系面积大，也易达峰值。