探究含药物危害污水对蚕豆植物细胞的影响：关乎生态与农业安全的关键研究

在水资源紧张、污水回用灌溉的背景下，研究人员开展了对含扑热息痛（APAP）污水影响蚕豆植物细胞的研究。结果表明 APAP 会诱导蚕豆细胞氧化应激和基因毒性。这为监控环境中药物残留、保障农业生态安全提供了依据。

　　在当今世界，水资源的珍贵不言而喻。随着全球人口的增长和工业的发展，可用水资源愈发紧张，污水的循环利用成为了缓解用水压力的重要途径。然而，医院和药厂周边的污水中常常含有各种药物残留，这些药物残留对生态环境和生物的影响却鲜为人知。扑热息痛（paracetamol）作为一种广泛使用的药物，在地表水和沉积物中频繁被检测到。尽管污水处理厂能去除部分扑热息痛，但残留部分仍可能对环境造成负面影响。此前，人们对人类和兽药在高等植物中的代谢和影响了解较少，而植物在生态系统中又起着至关重要的作用，因此，研究扑热息痛对植物的影响迫在眉睫。

来自阿联酋沙迦大学（University of Sharjah）和埃及国家研究中心（National Research Centre）的研究人员开展了此项研究。他们旨在评估扑热息痛对蚕豆营养生长阶段的影响，通过一系列细胞遗传学和细胞学水平的毒性实验，探究灌溉水中的扑热息痛对蚕豆植物性能的作用。该研究成果发表在《Beni-Suef University Journal of Basic and Applied Sciences》上，为进一步了解药物污染对植物的危害以及保障生态安全提供了重要依据。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：

1. 细胞遗传学研究：对蚕豆根尖分生组织细胞进行处理，固定后制作玻片，在显微镜下观察细胞有丝分裂指数、各时期细胞比例及染色体异常情况。
2. 透射电子显微镜（TEM）技术：对处理后的蚕豆根尖进行固定、脱水、包埋等处理，制成超薄切片，在透射电子显微镜下观察细胞结构和细胞器的变化。

研究结果

1. 有丝分裂指数变化：直接用扑热息痛处理蚕豆，较低浓度时，植物有丝分裂指数相对于未处理的植物（对照组）呈波动上升；处理后 24 小时恢复阶段，有丝分裂指数相对于处理时呈波动下降（3 小时 25% 处理组除外）。6% 扑热息痛处理后有丝分裂指数最高可达 22.53%，25% 处理后最低为 14.43%。处理时间延长至 6 小时，所有浓度处理组的有丝分裂指数均高于对照组，25% 处理组达到最大值 25.90%。恢复处理显示，25% 处理组在恢复阶段有丝分裂指数最高，为 16.87。仅在 50% 处理 6 小时后 24 小时恢复时，有丝分裂指数相对于处理组和对照组有所增加。
2. 细胞周期各阶段变化：在 3 小时直接处理水平上，6% 和 12.5% 扑热息痛浓度下，前期和中期指数增加，分别达到（90.71 & 7.15）和（88.73 & 8.62），此时约（97.86 & 97.35%）的分裂细胞积累在这些阶段，无法进入染色体分裂的下一步。而 25% 和 50% 扑热息痛处理后，前期显著减少（分别降至 74.29% 和 71.63%），中期（分别升至 16.68% 和 16.30%）和末期（50% 处理后达到最高值 18.60%，高于对照组 17.94%）显著增加。恢复处理后，高浓度处理组前期指数有所增强，25% 处理组超过对照组，50% 处理组与对照组持平。处理时间延长至 6 小时，所有浓度处理组前期相对于对照组增加约 50%，同时后期 - 末期也有相应变化。50% 扑热息痛处理后的恢复实验未显示后期 - 末期增强，反映出该浓度对阶段指数的不可逆影响。
3. 异常分布情况：3 小时和 6 小时直接用扑热息痛处理，前期异常百分比最高。3 小时处理时，异常百分比随浓度增加而增加，50% 扑热息痛处理后达到 18.78%（12.5% 处理组除外，为 9.55%，是处理组中最低的）；6 小时处理时，异常百分比呈波动变化，6% 扑热息痛处理后为 3.59%。3 小时处理时，所有扑热息痛浓度处理组中期异常发生率相对于对照组均显著增加；6 小时处理时，6%、25% 和 50% 扑热息痛处理组中期异常发生率相对于对照组增加，12.5% 处理组降低。恢复实验后，3 小时直接处理的植物异常百分比相对于处理时有所降低，但前期和中期异常仍高于对照组；6 小时处理后，6% 扑热息痛浓度处理组前期异常百分比降至 8.78%，仍高于对照组。
4. 异常类型影响：扑热息痛影响染色质液化（表现为染色体粘性和粘性桥，称为染色体毒性效应）、染色体移动（如不规则前期、前中期、聚集、紊乱和滞后，称为涡轮基因效应），还对染色体完整性和整体结构（如片段、断裂和环形染色体，称为断裂基因效应）有轻微影响。不同浓度扑热息痛对纺锤体和染色质粘度的影响不同，6%、12.5% 和 25% 浓度时对纺锤体的影响更具时间依赖性，50% 浓度时对染色质物质的影响大于对染色体移动的影响。50% 扑热息痛直接处理后染色质液化百分比最高，为 57.31%；12.5% 扑热息痛 3 小时直接处理后涡轮基因效应最大，为 71.07%；6% 扑热息痛处理后干扰百分比最大，为 66.16%；50% 扑热息痛 6 小时处理后对染色体液化影响最大，为 59.47。恢复实验表明扑热息痛处理对有丝分裂机制的影响不占主导。
5. 透射电子显微镜（TEM）研究结果：用不同浓度和时间的扑热息痛处理蚕豆根尖分生组织后，TEM 图像显示细胞结构发生了有趣的变化。6% 扑热息痛处理 3 小时和 6 小时后，可观察到细胞核（N）、线粒体（M）、部分降解的线粒体（dM）、高尔基体（D）、质体（Pl）、溶酶体（L）、过氧化物酶体（P）、内质网（ER）、液泡（v）、自噬泡（AV）、细胞壁与细胞质膜之间的间隙（G）以及细胞内容物与细胞壁分离等结构。12.5% 扑热息痛处理主要影响线粒体，出现部分降解的线粒体、环形线粒体并具有自噬新功能、融合线粒体等。25% 扑热息痛处理对线粒体、过氧化物酶体和细胞壁有影响，包括部分降解的线粒体、环形线粒体、模糊形状的线粒体、与过氧化物酶体相关的未知环形细胞器、不规则细胞壁以及许多淀粉颗粒。50% 扑热息痛处理导致细胞内容物明显与细胞壁分离。

研究结论与讨论

研究表明，扑热息痛以剂量依赖的方式影响蚕豆植物细胞，诱导氧化应激和基因毒性。高浓度扑热息痛对有丝分裂装置中染色体的特征和移动构成威胁，还影响植物细胞内的能量流动相关的细胞质细胞器。这一研究结果与以往一些研究中扑热息痛处理后有丝分裂指数下降的结论存在矛盾，可能是由于本研究使用的浓度较高，刺激了植物的防御机制。扑热息痛在细胞内的代谢产物可能参与了植物的免疫反应，同时也会干扰细胞周期的正常进行。例如，扑热息痛处理可能导致细胞通过有丝分裂检查点时出现困难，影响纺锤体的形成和染色体的移动，这与细胞内能量水平下降以及活性氧（ROS）的产生和积累有关。此外，研究还发现一氧化氮（NO）在植物应对扑热息痛胁迫过程中起着重要的信号调节作用，扑热息痛可能干扰 NO 的产生，进而影响植物激素和代谢产物的生成，最终影响植物的正常生长。

该研究具有重要意义。它为监测和调控环境中扑热息痛及其他药物的存在提供了科学依据，有助于制定有效的策略去除或降解回用水中的药物，从而保障灌溉用水的安全，减少对植物和生态系统的潜在危害。在未来的研究中，可以进一步深入探究扑热息痛对不同植物物种的影响差异，以及开发更高效的去除环境中药物残留的技术方法，为维护生态平衡和可持续农业发展提供更有力的支持。