水芹根表铁膜对四环素代谢转化及植物富集的影响研究

Iron plaque on surface of plant roots played a very important role in metabolic transformation and enrichment of pollutants in rhizophere environment and gain continues research attention. However, the effect of oxidizing property of iron plaque on antibiotics metabolic transformation has not been clarified as well as the influence on antibiotics enrichment by plants. This study objected to reveal the effect of iron plaque (on surface of Oenanthe javanica roots ) on tetracycline metabolic transformation in rhizophere environment by analysis of tetracycline and its metabolites in plaque using a method of DCB extraction and HPLC-MS/MS analysis. Oenanthe javanica was indoor cultivated in nutrient solution and the Fe2+ was used to form the plaque on surface on roots. Meanwhile, the effect of iron plaque on plant enrichment of tetracycline and its metabolites by Oenanthe javanica were performed by using a method of Acetonitrile Extraction-Solid Phase Extraction Clean-up and HPLC-MS/MS analysis. The results will clarify the effect of iron plaque on tetracycline metabolic transformation and plant enrichment and provide a scientific basis for the management of the enrichment of antibiotics in aquatic plants.

植物根表铁膜对根际污染物迁移转化和植物富集过程起到十分重要的影响作用而受到持续广泛关注，但铁膜的氧化性质对抗生素类污染物的代谢转化作用尚未得到揭示，铁膜对植物富集抗生素及其代谢物的影响也未明确。本项目采用室内营养液培植水芹，Fe2+诱导水芹根表生成铁膜，通过DCB提取，质谱检测的手段分析铁膜富集的四环素及其代谢转化产物，揭示铁膜氧化性对根际四环素的代谢转化影响及其代谢途径；同时运用乙腈提取-固相萃取净化-串联质谱分析的手段分析水芹根表、根内及地上部分四环素及其主要有毒代谢物（脱水四环素、差向脱水四环素及差向四环素等）的浓度分布，探讨根表不同铁膜量对水芹富集四环素及其主要有毒代谢物的差异。研究结果可望阐明根表铁膜对四环素代谢转化及植物富集的影响，为水生植物富集抗生素类污染物的调控提供科学依据。

根表铁膜在根际污染物迁移转化和生物富集过程中起到十分重要的影响作用而受到长期关注，但铁膜的氧化性质对抗生素类污染物的代谢转化作用以及铁膜对植物富集抗生素及其代谢物的影响研究较少。本项目采用室内营养液培植水芹，Fe2+诱导水芹根表生成铁膜，通过DCB提取，HPLC-MS/MS测定的手段分析四环素的代谢产物，揭示铁膜氧化性对根际四环素的代谢转化影响和代谢转化途径；同时探讨根表铁膜量对水芹根表、根内及地上部分四环素及其主要有毒代谢物（脱水四环素、差向脱水四环素及差向四环素等）的分布影响。. 当营养液中Fe2+为1、5、10和15mg/L培养水芹9天，随着培养液中亚铁离子浓度从1.0增加至10.0mg/L，水芹根表铁膜量从1.88增加至7.09g/kg，当Fe2+浓度继续增加至15.0mg/L时，铁膜量增加到7.2 g/kg，但与10.0mg/L时无明显差异。用0、25和50mg/L Fe2+培养形成铁膜后，向培养液中加入5mg/L四环素，1~7天，TC在水芹根内富集浓度呈先上升后下降趋势，其中无根表铁膜的根内富集TC浓度最低，5天和7天时，有铁膜组根内TC富集浓度且均显著高于无铁膜组。三种TC代谢物（ETC、ATC和EATC）在有铁膜和无铁膜的水芹根内的富集浓度有显著差异，其中50和25mg/L Fe2+培养形成铁膜组内浓度明显高于无铁膜组，说明根表铁膜对TC的转化和代谢物的富集起到一定的促进做用。 . 根表铁膜扫描电镜-电镜能谱图显示其主要成分为水合铁（HFO），且铁膜增大了根对水中TC等6种抗生素的吸附去除能力。根表铁膜含量越高，更有利于根在不同pH条件下保持对四环素类抗生素的稳定吸附作用。腐殖酸对根表铁膜吸附抗生素影响不大，但钙离子和钠离子可显著降低铁膜对抗生素的吸附作用。通过HFO和双氧水的协同催化降解作用可见，超氧自由基的形成是催化（O2-）是TC降解的主导因素，说明根系微域铁膜协同氧气可显著促进TC代谢。.项目研究结果揭示了根表铁膜有利于四环素代谢转化，同时根表铁膜对抗生素及代谢物的吸附和植物富集起到一定的促进作用。相关研究结果为利用水生植物强化根表铁膜协同修复水体抗生素类污染提供了科学参考。