紫茎泽兰对四环素的吸收特性

李梦月，张 某，鲁武峰，兰明先，易 璟，李成学，吴国星

云南农业大学植物保护学院，云南 昆明 650100

抗生素是一种能杀灭或抑制微生物生长、预防和治疗人和动物感染的物质，作为一类广谱性抗菌药物在人畜疾病防治和治疗方面做出了重大贡献，但抗生素无法被人畜完全吸收，大部分以母体或代谢物子体的形式被排出体外，然后进入环境(Edmond & Willis,2019)。环境中抗生素的残留及其抗性基因和病原菌的出现和流行已成为严重的全球卫生问题(Dongetal.,2019; Hernándezetal.,2019)。目前，抗生素类化合物已成为环境中广泛存在的一类新兴污染物(葛林科等,2015)。四环素作为由放线菌产生的一类广谱抗生素已成为我国用量最大的抗生素种类之一，已经引起了一系列的土壤污染、水体污染及环境和食残留问题(杨晓芳等,2014; 左儒楠等,2018; Liuetal.,2019)。植物修复技术作为去除四环素污染的方法已经被广泛研究与应用，向日葵HelianthusannuusL.、大漂PistiastratiotesL.、凤眼莲Eichhorniacrassipes(Mart.)Solms、鹰嘴豆CicerarietinumL.、香根草Vetiveriazizanioides(L.)Nash、萝卜RaphanussativusLinn.、美人蕉CannaindicaL.、皇竹草PennisetumsineseRoxb、梭鱼草PontederiacordataL.、风车草CyperusalternifoliusL.对四环素具有修复去除效果(陈小洁等,2012; 周品成等,2019; Gahlawat & Gauba,2016; Gujarathietal.,2005; Makhijanietal.,2014a; Senguptaetal.,2016)。不同植物对四环素具有不同的去除效果，被用于修复的植物通常具有生长速度快、生物量产率高、根系大而密、降解酶水平高、可收获组织中积累大量污染物的能力强、耐寒、有竞争力、耐污染等特性(Makhijanietal.,2014)。

紫茎泽兰Ageratinaadenophora(Spreng.)R.M.King et H.Rob.作为多年生杂草，具有生长周期长、繁殖力强、易栽培、较强表型可塑性和局域适应性且不宜被动物取食的优势(强胜,2008)，倘若它对四环素具有良好的吸收累积特性，将有望被用于四环素污染修复，使紫茎泽兰变废为宝，实现“以用促防”的杂草防治理念。至今，关于紫茎泽兰吸收累积四环素的研究还未有报道。为此，本研究采用水培方法分析紫茎泽兰对四环素的吸收累积特性，旨在为利用紫茎泽兰修复四环素污染提供参考。

1 材料与方法

1.1 试剂与溶液

氯盐酸四环素(Tetracycline HCL，TC)：Biotopped公司产品，纯度99%，分子式(C22H24N2O8·HCL)；甲醇、甲酸为色谱纯；三羟甲基氨基甲烷(Tris)、磷酸氢二钠、柠檬酸、Na2EDTA、NaOH、浓盐酸为分析纯；纯净水(18 Ω)；大量元素水溶肥料(四川什邡德美实业有限公司和美国PLANTA肥料公司联合制造)。

1.2 供试植物与处理方法

选用成熟饱满的紫茎泽兰种子在不含四环素的营养土内进行育苗，待幼苗长至6～10 cm时供试。实验分别设10、15、20 mg·L-13种不同四环素含量水培液(每升水中溶解大量元素水溶肥料1 g)处理，每个处理15～18株紫茎泽兰幼苗，设6个重复。实验条件为温度(26±2)℃，光照比16∶8 h。7、15、20 d时分别取样测定四环素含量。每4～5 d 更换一次培养液以保证四环素浓度。

1.3 植物体内四环素的提取

处理完成后的紫茎泽兰幼苗在无菌水中清洗3次，清除吸附在植株表面的四环素。将各待测植物组织在液氮中研磨成粉末，称取0.1 g样品加入1 mL Na2EDTA-McIlvaine缓冲液，涡旋30 s，振荡10 min后，在4 ℃、12000 r·min-1的条件下离心15 min，取上清液过滤，然后转移到新的离心管中，在4 ℃、≥2000 r·min-1条件下离心10 min，再取500 L上清液转移至样品瓶中待测。

1.4 标准曲线的建立

精确量取一定体积的四环素储备液，稀释成5个不同质量浓度的标准样品液，分别为0.0625、0.125、0.25、0.5、1 mg·L-1。使用岛津LC-20AD超快速液相，各取2 L进样，测得四环素峰面积，以峰面积为横坐标，以标样浓度为纵坐标，制作标准曲线，计算R2值。

1.5 液相色谱条件

Shim-pack VP-ODS反相色谱柱(柱：250 mm×4.6 mm，粒径5 μm)。流动相为甲醇、0.25%甲酸(pH=3.0)，采用梯度洗脱法：0～0.01 min B相体积比占10%，0.01～15 min B相体积比占40%，15 min B相体积比占10%。柱温30 ℃，检测器为二极管阵列检测器，检测波长355 nm，进样量2 μL，流速为1.5 mL·min-1。

1.6 数据分析

富集系数：水培液-紫茎泽兰系统的富集系数=紫茎泽兰体内四环素浓度/水培液中四环素浓度。

试验数据以平均值±标准差表示，数据处理用Spass 15.0和Excel 2007软件完成，以Duncan′s新复极差法检验对显著性进行比较和分析，将小于0.05(P<0.05)的概率值视为显著差异。

2 结果与分析

2.1 四环素浓度对紫茎泽兰吸收能力的影响

由图1可知，紫茎泽兰能够吸收水中不同浓度的四环素，相同处理时间紫茎泽兰根、茎、叶中的四环素积累量随着供试浓度的升高而增加(P<0.05)。当处理时间为20 d，处理浓度10 mg·L-1时，根、茎、叶中的四环素积累浓度分别为(19.88±3.32)、(15.46±4.02)和(8.67±1.32)mg·kg-1；处理浓度15 mg·L-1时，根、茎、叶中的四环素积累量分别为(32.70±1.89)、(43.27±1.63)和(17.39±2.42)mg·kg-1；处理浓度20 mg·L-1时，根、茎、叶中的四环素积累量分别为(52.52±5.89)、(59.34±3.86)和(23.19±4.17)mg·kg-1。同时，当紫茎泽兰被处理时间为20 d，处理浓度为20 mg·L-1时，紫茎泽兰根、茎、叶的生物富集系数分别为2.6、2.9、1.1，说明根、茎、叶的吸收积累能力存在差异，其中紫茎泽兰茎对四环素的吸收积累能力最好(表1)。

表1 四环素在紫茎泽兰器官中的富集系数

2.2 处理时间对紫茎泽兰吸收能力的影响

由图1可知，处理时间会影响紫茎泽兰对水中四环素的吸收，相同处理浓度紫茎泽兰根、茎、叶中的四环素积累量随着处理时间的增加而升高(P<0.05)。当处理浓度为20 mg·L-1，处理时间7 d时，根、茎、叶中的四环素积累量分别为(16.32±1.02)、(39.98±0.89)和(13.68±3.28)mg·kg-1；处理时间15 d时，根、茎、叶中的四环素积累量分别为(37.28±4.71)、(44.89±3.46)和(20.78±2.06)mg·kg-1；处理时间20 d时，根、茎、叶中的四环素积累浓度分别为(52.52±5.89)、(59.34±3.86)和(23.19±4.17)mg·kg-1。

图1 不同处理条件下紫茎泽兰对四环素的吸收特征

3 讨论

紫茎泽兰能够吸收并累积四环素，其吸收能力和四环素浓度及处理时间有关：四环素在紫茎泽兰体内的分布和积累随着其浓度和处理时间的升高而增大。同时，四环素的物理化学性质和环境暴露都可能影响紫茎泽兰对其的富集效果(张圣新等,2018;Topaletal.,2018)。对比发现，紫茎泽兰不同组织部位的吸收累积能力不同：相较而言，茎的吸收累积能力最强，根的次之，叶的最小。这种差异可能是由于紫茎泽兰的积累机制较外排机制能力略强导致的(张圣新等,2018; Collins Cetal.,2006)。研究结果说明,紫茎泽兰对四环素具有良好的吸收累积特性，故研究紫茎泽兰对四环素的吸收特性有望实现紫茎泽兰的变废为宝，达到“以用促防”的杂草防治理念。

植物对环境中抗生素的吸收与其生长环境和栽培方式密切相关(张步迪等,2018；Avisaretal.,2010)。紫茎泽兰在低洼处、溪边等水分充足的地方生长旺盛，根系发达，且在水体中能正常生长。本研究仅通过常用的水培法探究紫茎泽兰对环境中四环素的吸收富集情况，不同栽培方式和土壤性质等对紫茎泽兰对四环素的吸收富集的差异影响还需进一步研究。

污染物的降解率也可能是决定植物修复适用性的关键因素(Carvalhoetal.,2014)。有关入侵杂草紫茎泽兰对四环素耐受程度和吸收潜力等方面的内容还有待进一步的研究，如紫茎泽兰对四环素的吸收是否受作物蒸腾速率的影响，蒸腾速率的增加是否会加速其对四环素的吸收效率等。此外，植物修复抗生素污染机制的研究还较少，本研究中吸入紫茎泽兰中的四环素或被体内代谢，或以原来的形态留在植物体内的情况值得进一步探究。