The effect of iron plaque on uptake and translocation of norfloxacin in rice seedlings grown in paddy soil  

鐵膜對(duì)水稻幼苗吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)諾氟沙星的影響  

來(lái)源: Environmental Science and Pollution Research, Volume 24, 2017, Pages 7544-7554

《環(huán)境科學(xué)與污染研究》，第24卷，2017年，第7544-7554頁(yè)

 

摘要  

論文摘要指出，鐵膜在水稻根表面的作用近年被研究，但其對(duì)抗生素如諾氟沙星吸收的影響仍不確定。通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)，研究調(diào)查了鐵膜對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)諾氟沙星的影響。鐵膜通過(guò)添加不同量Fe(II)誘導(dǎo)。結(jié)果顯示，諾氟沙星存在會(huì)減少鐵膜量；誘導(dǎo)鐵膜后，諾氟沙星主要積累在根表面鐵膜上，其次是根內(nèi)部，但未觀(guān)察到向其他組織轉(zhuǎn)運(yùn)。在高濃度諾氟沙星（50 mg·kg?1）下，鐵膜起屏障作用，減少根吸收；但在低濃度（10 mg·kg?1）下無(wú)此作用。屏障作用在添加30 mg·kg?1 Fe(II)時(shí)最強(qiáng)，源于鐵膜和根際效應(yīng)的結(jié)合。熒光顯微鏡顯示諾氟沙星主要分布在根細(xì)胞外部，表明其通過(guò)質(zhì)外體途徑轉(zhuǎn)運(yùn)。與非根際相比，更多諾氟沙星積累在根際土壤，可能因強(qiáng)根氧化誘導(dǎo)鐵氧化物形成，吸附諾氟沙星并促進(jìn)根表面吸收。  

 

研究目的  

研究目的是評(píng)估鐵膜對(duì)諾氟沙星在水稻中吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，特別是在土壤環(huán)境中，驗(yàn)證鐵膜是否作為屏障減少抗生素吸收，并探討根際過(guò)程的作用。  

 

研究思路  

研究采用盆栽實(shí)驗(yàn)，水稻幼苗生長(zhǎng)在添加不同量Fe(II)（0、10、30、50、70 mg·kg?1）和諾氟沙星（0、10、50 mg·kg?1）的土壤中。使用根袋區(qū)分根際和非根際土壤。測(cè)量鐵膜量、諾氟沙星積累分布、根際參數(shù)（Eh、pH、O?），并通過(guò)熒光顯微鏡分析諾氟沙星在根部的分布。統(tǒng)計(jì)分析比較不同處理的影響。  

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義  

1 鐵膜量數(shù)據(jù)來(lái)自Fig. 1，通過(guò)DCB提取測(cè)量，研究意義是量化鐵膜形成受諾氟沙星和Fe(II)影響，顯示諾氟沙星減少鐵膜量，表明抗生素可能通過(guò)絡(luò)合Fe(II)抑制鐵膜誘導(dǎo)。  

 

2 諾氟沙星濃度在根表面和內(nèi)部根數(shù)據(jù)來(lái)自Fig. 2和Table 2（生物濃縮因子），研究意義是評(píng)估鐵膜對(duì)吸收的屏障作用，顯示高Fe(II)（如30 mg·kg?1）時(shí)根表面積累增加而內(nèi)部減少，證實(shí)鐵膜在高諾氟沙星濃度下阻隔吸收。  

 

 

3 諾氟沙星分布百分比數(shù)據(jù)來(lái)自Fig. 3，研究意義是揭示諾氟沙星在根部的分配，顯示鐵膜促進(jìn)表面積累，減少內(nèi)部轉(zhuǎn)運(yùn)，強(qiáng)調(diào)鐵膜對(duì)污染物滯留的作用。  

 

4 熒光顯微鏡圖像數(shù)據(jù)來(lái)自Fig. 4，研究意義是直觀(guān)展示諾氟沙星在根部的空間分布，證實(shí)其主要在細(xì)胞外部（質(zhì)外體途徑），未進(jìn)入細(xì)胞，說(shuō)明轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。  

 

5 Eh、pH、O?剖面數(shù)據(jù)來(lái)自Fig. 5，使用丹麥Unisense電極測(cè)量，研究意義是量化根際氧化還原條件，顯示根際Eh和O?高于非根際，表明根氧化影響鐵膜形成和諾氟沙星行為。  

 

6 諾氟沙星濃度在根際和非根際土壤數(shù)據(jù)來(lái)自Fig. 6，研究意義是比較根際效應(yīng)，顯示根際積累更多諾氟沙星，因鐵氧化物吸附，突出根際過(guò)程對(duì)污染物遷移的影響。  

 

 

結(jié)論  

研究得出結(jié)論：鐵膜在高諾氟沙星濃度（50 mg·kg?1）下起屏障作用，減少根吸收，尤其在添加30 mg·kg?1 Fe(II)時(shí)最強(qiáng)；諾氟沙星通過(guò)質(zhì)外體途徑轉(zhuǎn)運(yùn)，未進(jìn)入細(xì)胞；根際氧化條件促進(jìn)鐵膜形成和諾氟沙星積累。添加適量Fe(II)可降低諾氟沙星通過(guò)食物鏈的健康風(fēng)險(xiǎn)。  

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義  

使用丹麥Unisense微電極測(cè)量Eh和O?濃度（Fig. 5），以高空間分辨率（如100μm步長(zhǎng)）量化根際和非根際土壤的氧化還原剖面。研究意義在于直接驗(yàn)證根際氧化條件：數(shù)據(jù)顯示根際Eh和O?高于非根際，證實(shí)根釋放氧氣和氧化物質(zhì)，促進(jìn)鐵膜形成；這種氧化環(huán)境增強(qiáng)鐵氧化物對(duì)諾氟沙星的吸附，影響其遷移和吸收。該測(cè)量提供了關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)， linking根際生物地球化學(xué)過(guò)程與污染物行為，為理解鐵膜屏障機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。