沉水植物小眼子菜对氟甲喹的去除、生物富集与代谢转化机制研究

本研究针对兽医抗生素氟甲喹（FLU）在水体中的污染问题，通过20天水培实验系统评估了小眼子菜（Potamogeton pusillus L.）的修复潜力。结果表明该植物对50和500 μg L-1 FLU的去除率分别达73%和47%，并鉴定出9种代谢产物，揭示了其通过羟基化（phase I）和甲基化/糖苷结合（phase II）的转化途径，为水生抗生素污染治理提供了新思路。

　　

随着水产养殖业抗生素使用量激增（预计2030年将增长33%），氟喹诺酮类抗生素（FQs）的环境残留引发严重生态担忧。其中氟甲喹（Flumequine, FLU）因低生物降解性、长期环境残留（沉积物半衰期达150天）及诱导耐药菌等特性，在阿根廷等地的水体、沉积物乃至食用鱼类中广泛检出。传统污水处理厂对此类污染物去除效率低下，而植物修复技术因其成本低、环境友好等优势成为研究热点。

阿根廷国立科尔多瓦大学（Universidad Nacional de Córdoba）的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，选取南美本土沉水植物小眼子菜（Potamogeton pusillus L.）开展20天 hydroponic 实验，通过液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）和超高液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-QTOF-MS）技术，系统分析其对50和500 μg L^-1 FLU的去除效率、组织分布（根>叶>茎）及代谢特征。实验设置包含空白对照与未种植对照组，监测期间同步测定植物生理指标（叶绿素、抗氧化酶等）以评估毒性效应。

【主要技术方法】

研究采用标准水培体系，通过LC-MS/MS定量FLU残留，UHPLC-QTOF-MS进行非靶向代谢物筛查；利用生物浓缩因子（BCF）评估富集能力；采用生理指标（MDA、SOD等）表征植物应激反应；通过质量平衡计算区分植物吸收与降解贡献。

【研究结果】

1. Removal of flumequine from water

   未种植组FLU浓度无显著变化，证实其环境稳定性。小眼子菜在50 μg L^-1处理组前7天去除率达61%，最终累计去除73%；高浓度组（500 μg L^-1）因可能的毒性抑制，去除率降至47%。质量平衡表明降解是主要去除途径。

2. Bioaccumulation and tissue distribution

   第14天测得最高BCF值（476和379 L kg^-1 d.w.），根部积累量显著高于叶片（3.5倍）和茎（8倍），显示其"根过滤"策略。生理指标仅轻微波动，证实该植物对FLU的强耐受性。

3. Metabolite identification

   共鉴定9种代谢物：根部以羟基化产物（phase I）为主，叶片中甲基化和葡萄糖苷结合物（phase II）占比更高，揭示器官特异性代谢模式。其中5种代谢途径为首次报道。

【结论与意义】

该研究首次系统阐明小眼子菜通过"吸收-转化-区隔化"三位一体机制修复FLU污染：① 高效根部富集（BCF>300）实现污染物固定；② phase I/II代谢途径显著降低母体化合物毒性；③ 代谢产物向液泡/细胞壁的区隔化存储减少生态风险。相较于前人报道的浮萍（Lemna minor）仅1-2%组织残留率，本研究揭示沉水植物更完善的代谢能力，为设计阶梯式修复系统（沉水植物+浮水植物）提供理论依据。成果对遏制抗生素耐药基因扩散、保障水产食品安全具有重要应用价值。