DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1664441
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41809629
تاريخ النشر: 2026-02-23
المؤلف: Giuseppe Gatta وآخرون
الموضوع الرئيسي: التأثيرات البيئية للأدوية والمضادات الحيوية
نظرة عامة
تدرس الدراسة سلوك ثلاثة ملوثات صيدلانية (PhACs)—الكاربامازيبين، الكليمبازول، والفليكاينيد—عند تطبيقها على محاصيل الشمر (Foeniculum vulgare Mill.) المروية بمياه الصرف المعالجة (TWW). أُجريت الدراسة في ظروف دفيئة محكومة، حيث تم تقييم تراكم PhAC في التربة وأنسجة النباتات عند تركيزات مختلفة (0.5، 2.0، 200، و600 ميكروغرام لكل لتر). تشير النتائج الرئيسية إلى أنه بينما تراكمت PhACs في التربة والجذور عند تركيزات أعلى (≥200 ميكروغرام لكل لتر)، أظهر الكاربامازيبين امتصاصًا جذريًا كبيرًا (عامل التركيز الحيوي، BCF > 1) ولكن انتقالًا محدودًا إلى المصابيح القابلة للأكل (عامل الانتقال، TF < 1). بالمقابل، أظهر الكليمبازول والفليكاينيد تراكمًا حيويًا منخفضًا (BCF < 1) وحركة ضئيلة إلى المصابيح. تشير النتائج إلى أن الشمر لديه قدرة محدودة على تراكم ونقل PhACs، مما يشير إلى وجود حواجز فسيولوجية قد تقلل من مخاطر الصحة البشرية المرتبطة بري مياه الصرف المعالجة. ومن الجدير بالذكر أنه بينما لم يتم الكشف عن أي مستقلبات للفليكاينيد والكليمبازول، تم العثور على الأكريدين، وهو مستقلب للكاربامازيبين، في التربة، مما يثير القلق بشأن تداعياته على المدى الطويل لسلسلة الغذاء. تؤكد الدراسة على ضرورة إجراء تقييمات مخاطر محددة للمحاصيل في لوائح إعادة استخدام مياه الصرف، حيث لا تقدم جميع المحاصيل نفس مخاطر التعرض. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف مصير PhACs عبر محاصيل مختلفة، وظروف بيئية، وملوثات إضافية لتعزيز فهم سلوكها في أنظمة التربة والنبات.
المقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على مشكلة ندرة المياه العالمية المتزايدة، لا سيما في حوض البحر الأبيض المتوسط، المدفوعة بتغير المناخ، وزيادة الطلب، وسوء ممارسات الإدارة. تواجه الزراعة، التي تستهلك ما يقرب من 70% من المياه العذبة العالمية، تحديات كبيرة، مع توقعات تشير إلى أن 1.8 مليار شخص قد يواجهون محدودية الوصول إلى المياه بحلول عام 2025. استجابةً لذلك، تكتسب إعادة استخدام مياه الصرف المعالجة (TWW) للري زخمًا كاستراتيجية مستدامة لتعزيز الأمن الغذائي، مدعومةً بتوجيه الاتحاد الأوروبي 2020/741. بينما يتم ري أكثر من 20 مليون هكتار حاليًا بمياه الصرف المعالجة، لا يزال اعتمادها محدودًا بسبب المخاوف بشأن الملوثات غير المنظمة، وخاصة المركبات النشطة الصيدلانية (PhACs)، التي يمكن أن تتراكم في التربة والمحاصيل.
تؤكد الورقة على الحاجة لفهم آليات امتصاص ونقل PhAC في النباتات، لا سيما في المناطق الجافة حيث من المتوقع أن يزداد استخدام مياه الصرف المعالجة. لم يتم دراسة الشمر (Foeniculum vulgare Mill.)، وهو محصول مهم في البحر الأبيض المتوسط، في هذا السياق من قبل. تهدف الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال التحقيق في سلوك ثلاثة من PhACs الشائعة—الكاربامازيبين، الكليمبازول، والفليكاينيد—داخل نظام التربة والنبات أثناء زراعة الشمر. هذه الدراسة ضرورية لتقييم المخاطر البيئية وإبلاغ استراتيجيات الترميم، نظرًا لعدم وجود بيانات حول امتصاص الأدوية في المحاصيل العطرية والطبية مثل الشمر.
الطرق
أُجريت الدراسة التجريبية في قسم العلوم الزراعية بجامعة فوجيا، باستخدام بيئة دفيئة محكومة لتقييم نمو الشمر (Foeniculum vulgare Mill.) صنف ‘ميشيل أنجلو’. استمرت التجربة من 26 أبريل إلى 11 نوفمبر 2024، بدءًا بمرحلة مشتل لمدة 45 يومًا لزراعة الشتلات، التي تم نقلها بعد ذلك إلى أصص بولي إيثيلين أسطوانية مملوءة بتربة رملية طينية. تراوحت درجات حرارة الدفيئة من 12-20 درجة مئوية في أكتوبر إلى 23-37 درجة مئوية في أغسطس، مما يوفر بيئة ملائمة لنمو النباتات.
تم إدارة الري بدقة بناءً على استهلاك المياه من قبل النباتات، والذي تم تحديده من خلال وزن الأصص التمثيلية كل يومين لأخذ متطلبات التبخر والنتح المتغيرة في الاعتبار. تم توفير المياه يدويًا كل ثلاثة أيام، مع التأكد من تطبيقها مباشرة على التربة لمنع الامتصاص الورقي. تم إجراء التسميد كل أسبوعين باستخدام سماد ثلاثي (20-20-20)، بمجموع 26 جرام لكل أصيص خلال فترة التجربة. بدأت التعرض المتزامن لنباتات الشمر للمركبات النشطة الصيدلانية عند النقل، وتمت مراقبة دورة النمو بالكامل حتى الحصاد في 11 نوفمبر 2024.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على نقاط البيانات والاتجاهات المهمة التي تم ملاحظتها. غالبًا ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية ذات صلة، والتي قد تشمل قيم p، وفواصل الثقة، أو أحجام التأثير، للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح البيانات بشكل أكثر فعالية. تساعد هذه الوسائل البصرية في تعزيز فهم النتائج وتسهيل المقارنات بين ظروف أو مجموعات تجريبية مختلفة. بشكل عام، تسهم النتائج في السياق الأوسع لسؤال البحث، مما يوفر رؤى قد تُفيد الدراسات أو التطبيقات المستقبلية في المجال المعني.
المناقشة
تستكشف قسم المناقشة في الدراسة سلوك المركبات النشطة الصيدلانية (PhACs) في محاصيل الشمر المروية بمياه ملوثة. تم اختيار PhACs المحددة—الكاربامازيبين، الكليمبازول، والفليكاينيد—بسبب انتشارها في مياه الصرف المعالجة وكفاءة الإزالة المنخفضة خلال عمليات المعالجة التقليدية. وجدت الدراسة أن جميع المركبات الثلاثة تراكمت بشكل كبير في التربة، لا سيما عند تركيزات الري العالية، حيث أظهر الكليمبازول والفليكاينيد ثباتًا ملحوظًا حتى عند الجرعات المنخفضة. كان الكاربامازيبين أكثر امتصاصًا بسهولة من قبل جذور النباتات، حيث أظهر قيم عامل التركيز الحيوي (BCF) أكبر من 1، مما يشير إلى بعض الامتصاص؛ ومع ذلك، ظل انتقاله إلى الأجزاء الهوائية محدودًا.
بالمقابل، أظهر الكليمبازول والفليكاينيد تراكمًا حيويًا منخفضًا (BCF < 1) وانتقالًا ضئيلًا إلى الأنسجة القابلة للأكل (عامل الانتقال (TF) حوالي 0)، مما يشير إلى أن هذه المركبات ظلت بشكل أساسي في التربة أو الجذور. تشير النتائج إلى أن الحواجز الفسيولوجية قد تحد من حركة PhACs إلى الأجزاء القابلة للأكل من الشمر، مما قد يقلل من مخاطر الصحة البشرية المرتبطة باستهلاكها. تؤكد الدراسة على أهمية مراقبة PhACs في الأنظمة الزراعية، لا سيما في سياق لوائح الاتحاد الأوروبي بشأن إعادة استخدام مياه الصرف المعالجة للري، مما يبرز الحاجة إلى استراتيجيات إدارة فعالة لمعالجة الآثار البيئية لهذه الملوثات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1664441
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41809629
Publication Date: 2026-02-23
Author(s): Giuseppe Gatta et al.
Primary Topic: Pharmaceutical and Antibiotic Environmental Impacts
Overview
The study investigates the behavior of three pharmaceutical contaminants (PhACs)—carbamazepine, climbazole, and flecainide—when applied to fennel (Foeniculum vulgare Mill.) crops irrigated with treated wastewater (TWW). Conducted under controlled greenhouse conditions, the research assessed PhAC accumulation in soil and plant tissues at varying concentrations (0.5, 2.0, 200, and 600 μg L⁻¹). Key findings indicate that while PhACs accumulated in soil and roots at higher concentrations (≥200 μg L⁻¹), carbamazepine exhibited significant root uptake (bioconcentration factor, BCF > 1) but limited translocation to edible bulbs (translocation factor, TF < 1). In contrast, climbazole and flecainide showed low bioaccumulation (BCF < 1) and negligible movement to bulbs. The results suggest that fennel has a restricted capacity to accumulate and translocate PhACs, indicating potential physiological barriers that may mitigate human health risks associated with TWW irrigation. Notably, while no metabolites of flecainide and climbazole were detected, acridine, a metabolite of carbamazepine, was found in soil, raising concerns about its long-term implications for the food chain. The study emphasizes the necessity for crop-specific risk assessments in wastewater reuse regulations, as not all crops present the same exposure risks. Future research is recommended to explore the fate of PhACs across different crops, environmental conditions, and additional contaminants to enhance understanding of their behavior in soil-plant systems.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the escalating issue of global water scarcity, particularly in the Mediterranean Basin, driven by climate change, rising demand, and poor management practices. Agriculture, which consumes nearly 70% of global freshwater, faces significant challenges, with projections indicating that 1.8 billion people may experience limited water access by 2025. In response, the reuse of treated wastewater (TWW) for irrigation is gaining traction as a sustainable strategy to enhance food security, supported by EU Directive 2020/741. While over 20 million hectares are currently irrigated with TWW, its adoption remains limited due to concerns over unregulated contaminants, particularly pharmaceutical active compounds (PhACs), which can accumulate in soils and crops.
The paper emphasizes the need to understand the mechanisms of PhAC uptake and translocation in plants, particularly in arid regions where TWW use is expected to increase. Fennel (Foeniculum vulgare Mill.), a significant crop in the Mediterranean, has not been previously studied in this context. The research aims to fill this gap by investigating the behavior of three common PhACs—carbamazepine, climbazole, and flecainide—within the soil-plant system during fennel cultivation. This study is crucial for assessing environmental risks and informing remediation strategies, given the lack of data on the uptake of pharmaceuticals in aromatic and medicinal crops like fennel.
Methods
The experimental study was conducted at the University of Foggia’s Department of Agricultural Sciences, utilizing a controlled glasshouse environment to assess the growth of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) cv ‘Michelangelo’. The trial spanned from April 26 to November 11, 2024, beginning with a 45-day nursery phase to cultivate seedlings, which were then transplanted into cylindrical polyethylene pots filled with sandy clay loam soil. The greenhouse temperatures varied from 12-20°C in October to 23-37°C in August, providing a conducive environment for plant growth.
Irrigation was meticulously managed based on the water consumption of the plants, determined by weighing representative pots every two days to account for varying evapotranspiration demands. Water was supplied manually every three days, ensuring that it was applied directly to the soil to prevent foliar uptake. Fertilization was conducted bi-weekly with a ternary fertilizer (20-20-20), totaling 26 g per pot over the experimental period. The simultaneous exposure of fennel plants to pharmaceutical active compounds commenced upon transplanting, with the entire growth cycle monitored until harvest on November 11, 2024.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data points and trends observed. The results are often accompanied by relevant statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to validate the findings.
Additionally, the section may include visual representations such as graphs or tables to illustrate the data more effectively. These visual aids serve to enhance the understanding of the results and facilitate comparisons between different experimental conditions or groups. Overall, the findings contribute to the broader context of the research question, providing insights that may inform future studies or applications in the relevant field.
Discussion
The discussion section of the study investigates the behavior of pharmaceutical active compounds (PhACs) in fennel crops irrigated with contaminated water. The selected PhACs—carbamazepine, climbazole, and flecainide—were chosen due to their prevalence in treated wastewater and low removal efficiency during conventional treatment processes. The study found that all three compounds accumulated significantly in soil, particularly at high irrigation concentrations, with climbazole and flecainide demonstrating notable persistence even at lower doses. Carbamazepine was more readily absorbed by plant roots, exhibiting bioconcentration factor (BCF) values greater than 1, indicating some uptake; however, its translocation to aerial parts remained limited.
In contrast, climbazole and flecainide showed low bioaccumulation (BCF < 1) and negligible translocation to edible tissues (translocation factor (TF) approximately 0), suggesting that these compounds remained primarily in the soil or roots. The findings indicate that physiological barriers may limit the movement of PhACs to edible parts of fennel, thereby potentially mitigating human health risks associated with their consumption. The study underscores the importance of monitoring PhACs in agricultural systems, particularly in the context of EU regulations on treated wastewater reuse for irrigation, emphasizing the need for effective management strategies to address the environmental impacts of these contaminants.