卜小丹，沈夢楠*，楊 帆，胡 藝，胡嘯威，陳 濤，蔡 航，張 明，劉青宇

（1.吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院，吉林長春 130118；2.長春水務集團城市排水有限責任公司，吉林長春 130118）

抗生素是一類由化學技術合成的具有抗菌作用的有機化合物，抗生素可以治療動物疾病及促進動物生長，所以被廣泛應用于畜牧業(yè)和水產養(yǎng)殖業(yè)。生物無法吸收的抗生素可能持續(xù)進入環(huán)境，匯于各種環(huán)境介質中，造成生態(tài)環(huán)境風險。因此，研發(fā)一種能夠高效、經濟去除環(huán)境中殘留抗生素的技術手段一直是學界關注的焦點。目前，圍繞著利用高級氧化技術、膜過濾系統(tǒng)和活性炭吸附等一些技術去除抗生素的研究已經開展，并取得了一定的進展，但由于這些方法往往存在成本較高，還會產生二次污染的問題，所以在實際應用方面受到限制。

經過近50年的發(fā)展，植物修復技術已成為一種可靠的污水處理技術，被廣泛用于處理生活污水、礦山及冶煉廢水、暴雨徑流及富營養(yǎng)化水體等。植物修復技術具有成本低、效率高和可持續(xù)的特征，該技術利用植物超量積累、超耐受作用原理，并輔助利用其微生物系統(tǒng)，實現(xiàn)去除污染物的目的。目前，利用植物修復技術處理水體中抗生素的研究已經開展，并取得了一定的研究進展。

1 植物修復技術對抗生素的去除效果

在植物修復技術中，漂浮植物、挺水植物和沉水植物都可作為修復植物。常見的漂浮植物包括鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）、 大漂（Pistiastratiotes）、浮萍（Lemna minor L.）等；挺水植物包括菖蒲（Acorus calmus）、蓮花（Flos nelumbinis）、蘆葦（Phragmitesaustralis）、 水蔥（Scirpusvalidus）和香蒲（Typhaorientalis）等；沉水植物包括狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）、 苦草（Vallisneria natans）、龍須眼子菜（Potamogeton pectinatus）和菹草（Potamogeton crispus）等。較早研究植物修復抗生素污染的文獻報道出現(xiàn)在2005年，Gujarathi 等研究了向日葵、大聚藻和大薸在水培條件下修復四環(huán)素和氧四環(huán)素污染的可行性，結果顯示修復效率大于95%[1–2]。陳小潔等[3]研究發(fā)現(xiàn)兩種漂浮植物大漂和鳳眼蓮對水中的抗生素氨芐青霉素、鹽酸四環(huán)素、鹽酸土霉素和鹽酸金霉素都具有一定的去除能力，染毒暴露1 d 后，兩者對低濃度（10 μg/mL）的鹽酸土霉素的去除率分別達到31.5%和71.2%，對比低濃度的鹽酸金霉素的去除率分別只有23.5%和41.1%；染毒暴露3d 左右，它們對污水中存在的鹽酸四環(huán)素去除率分別可達到80%和90%以上，對氨芐青霉素的去除率分別為70%和80%左右；持續(xù)暴露5d 后，對比研究了二者去除鹽酸土霉素的能力，結果發(fā)現(xiàn)，鳳眼蓮比大漂的清除效果更好，尤其是對低濃度（10 μg/mL）的土霉素，去除效果更明顯（去除率為100%）。Vineet Singh 等[4]研究發(fā)現(xiàn)，浮萍對氧氟沙星去除率高達93.73%～98.36%。Yan 等[5]研究不同生長階段（幼苗和成熟階段）的鳳眼蓮在水培條件下吸收抗生素能力，結果表明幼苗期和成熟期根中環(huán)丙沙星（CIP）的富集量分別7.72～2 114.39 μg/g 和0.07～3 711.33 μg/g；苗期和成熟期地上部分CIP 的富集分別為16.38～24.24 μg/g 和9.55～20.13 μg/g。Rocha等[6]研究發(fā)現(xiàn)，漂浮植物（槐葉萍、小浮萍）對紅霉素的去除能力在9%～12%，沉水植物（狐尾藻、圓葉節(jié)節(jié)菜）的去除能力在31%～44%，與漂浮植物相比，沉水植物的表面積與水體接觸更大，這可能導致更高的抗生素吸收效率。Zhou 等[7]在人工濕地原有植物組合中添加不同藻類，結果發(fā)現(xiàn)，原有人工漂浮生態(tài)系統(tǒng)抗生素去除率為50%～78%，而添加藻類后，每種抗生素的去除率提高了10%～20%。

2 植物修復技術對抗生素的作用機制

植物的吸收及代謝、根際分泌物及微生物的降解是植物去除水體中污染物的重要作用機制。Xuan 等[8]研究了植物對四環(huán)素（TC）、土霉素（OTC）和金霉素（CTC）去除效率，結果發(fā)現(xiàn)，植物吸收分別占總去除率的57%、39%和56%。除植物吸收外，“其他”因子在去除中起重要作用，分別占TC、OTC 和CTC去除效率的35%、47%和44%，這可能與植物根和莖及相關微生物作用相關。Zhang 等[9]研究三種不同獸用抗生素在玉米植物中的吸收、轉運和分布及其相關機制，研究結果表明，無論是單一抗生素處理組還是復合抗生素處理組，磺胺甲噁唑和磺胺噻唑在根中的富集量大于莖中，而金霉素則更容易從根中轉移到莖中，在抗生素的持續(xù)暴露過程中，抗生素首先較易累積在玉米根中，然后逐漸轉移到莖中，玉米對抗生素的吸收是一個持續(xù)動態(tài)過程，植物內抗生素的轉運可能與玉米根系水通道蛋白的活性有關。另外，Vineet Singh 等[4]的研究表明，植物在去除氧氟沙星過程中，植物代謝機制是抗生素去除的重要機制。

3 植物去除水體抗生素的影響因素

植物的生長需要一定的環(huán)境，植物在修復污染水體的同時也會受到周圍環(huán)境因素的作用，這些因素包括pH、光照、溫度、氧化還原電位及營養(yǎng)鹽濃度等。pH 會影響水中營養(yǎng)物質的存在狀態(tài)，從而使植物的生長發(fā)生改變。水體光照強度在水生植物生長中起到決定性作用，這種光照強度的變化會影響植物株高、枝條長度和葉表面積，進而影響植物的生長和存活率，最終影響植物去除抗生素的效果。研究發(fā)現(xiàn)，溫度與植物根部微生物的活性有很大關系，因此可能影響植物根系微生物對有機污染物的吸收和降解。在不同pH、光照和溫度下，水生植物對抗生素去除能力均有不同。朱利明[10]研究了苦草對磺胺的去除效率及影響因素，研究發(fā)現(xiàn)，酸性處理條件下，磺胺的去除速率顯著低于中性和堿性，在第15 d 時，中性條件下的有苦草處理組的磺胺濃度顯著低于其他處理組；水體溫度對苦草去除磺胺的影響也較大，10℃處理組的磺胺降解速率最慢，30℃處理組的磺胺濃度下降最快；光照強度越高，磺胺的降解速率越大，水體磺胺濃度越低。

此外，營養(yǎng)液濃度和植物種類等條件也會影響水生植物的抗生素去除能力。從理論上來說，適宜的營養(yǎng)鹽濃度是影響水生植物生長的重要條件，適宜的營養(yǎng)鹽濃度有利于植物的生長，但過高的營養(yǎng)鹽濃度會導致植物過度吸收水體中的養(yǎng)分，進而對水生植物生長產生危害。

4 展望

水體中抗生素污染一直是各國科學家持續(xù)關注的重大環(huán)境問題，水中抗生素的去除技術成為研究熱點。植物修復技術作為一種生物修復技術，由于其具有成本低、效果好、對環(huán)境影響小等優(yōu)點被廣泛關注。已有研究表明，水生植物可以有效修復重金屬污染，對水中的石油烴、農藥和多環(huán)芳烴等有機污染物也有良好的去除效果。目前，關于利用植物修復抗生素污染已經做了一些探索研究，并取得了一定的進展。但是，相關研究還處于起步階段，系統(tǒng)理論體系還未建立。關于高效修復植物的篩選、去除效率影響因素、去除機制，以及抗生素對水生植物的生理脅迫等研究還較少。迫切需要在這些方面進行研究探索，研究結果可為植物修復水體中的抗生素污染提供理論基礎和實踐支撐。