水生植物修复OTC-Cu/Zn复合污染沉积物的协同机制与微生物群落响应

针对水产养殖中抗生素（OTC）与重金属（Cu/Zn）复合污染沉积物的治理难题，研究人员通过盆栽实验探究了Canna indica和Iris pseudacorus的修复潜力。结果表明，两种植物对OTC、Cu、Zn的去除率分别达93.6%–97.6%、67.4%–86.0%和69.8%–82.9%，且Cu/Zn促进OTC降解，OTC则增强重金属稳定性。研究揭示了植物生理与微生物群落的协同响应机制，为复合污染治理提供了新思路。

　　

水产养殖业的快速发展带来了抗生素和重金属的复合污染问题，这些污染物通过废水排放进入水体并最终沉积在底泥中，形成潜在的生态炸弹。其中，四环素类抗生素如土霉素（OTC）因其广谱抗菌性和低成本被广泛使用，而铜（Cu）和锌（Zn）则作为饲料添加剂大量进入环境。两者共存时，不仅形成稳定复合物改变环境行为，还可能通过水平基因转移加速耐药基因传播。如何高效、绿色地治理这类复合污染，成为环境科学领域的重大挑战。

针对这一问题，同济大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表了一项创新性研究，通过盆栽实验系统评估了Canna indica（美人蕉）和Iris pseudacorus（黄菖蒲）对OTC-Cu/Zn复合污染沉积物的修复效能。研究发现，两种植物对OTC、Cu、Zn的去除率分别高达93.6%–97.6%、67.4%–86.0%和69.8%–82.9%，其中C. indica表现尤为突出。更引人注目的是，Cu/Zn通过螯合作用加速了OTC的初期降解，而OTC则促使重金属转化为更稳定的有机结合态（F4），揭示了污染物间的协同转化机制。

研究采用多组学联用技术：通过Tessier五步连续提取法分析重金属形态，高效液相色谱（HPLC）测定OTC残留，ICP-OES检测金属含量；结合光合色素定量（Chl a/b、Car）评估植物生理响应；利用16S rRNA测序解析微生物群落结构，并通过脱氢酶活性（DHA）表征微生物代谢功能。

3.1 沉积物中污染物去除动态
OTC在0–28天快速降解，Cu/Zn共存使其降解速率提升31.5%–54.6%（图1）。重金属去除率在OTC-HMs组比单一HMs组提高4.8%–21.0%，且C. indica对Cu的富集能力更强（BCF_roots达1.98）。

3.2 植物生理特性
OTC显著抑制叶绿素a+b合成（降幅16.8%–35.6%），但刺激类胡萝卜素（Car）生成（增幅7.0%–48.2%）。C. indica通过增加地上部生物量（干重提升23.9%）缓解毒性，而I. pseudacorus则表现为根系生物量调控（图3）。

3.3 微生物群落响应
Proteobacteria、Actinobacteria和Firmicutes为优势菌门（占比24.2%–34.7%）。HMs处理降低微生物多样性（ACE指数下降23.8%–25.1%），但OTC-HMs组通过促进Novosphingobium等耐药菌增殖缓解抑制（图4）。网络分析显示OTC驱动更复杂的微生物互作模块（12个）。

这项研究首次系统阐明了水生植物修复抗生素-重金属复合污染的协同机制：污染物间通过化学螯合与形态转化实现互促去除，而植物-微生物共生体系则通过生理适应与群落重构增强环境适应性。特别是C. indica展现出的高效修复性能（OTC去除率97.6%）和生态稳定性，为实际工程应用提供了优选物种。研究不仅深化了对复合污染生态过程的理解，更为发展基于自然解决方案（NbS）的治理技术奠定了科学基础。未来研究可进一步探索关键功能基因（如MRGs/ARGs）的调控网络，并优化植物-微生物联合修复的田间应用模式。