环境中抗生素残留潜在风险及其研究进展_王冰

第３０卷第３期２００７年３月

环境科学与技术

环境中抗生素残留潜在风险及其研究进展

王冰１，孙成１＊，胡冠九２

（１．南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京２１００９３；２．江苏省环境监测中心，南京２１００３６）摘要：抗生素是一类目前在各国广泛应用的药物，主要通过粪便散布于环境中。在一些国家的河流和湖泊已经检测到了不同种类的抗生素，其在环境中的残留引起了研究者的关注。文章就抗生素的生产和使用、环境中抗生素的暴露途径以及其生态影响进行了综合归纳，并对目前国内外的研究进展进行了分析和讨论，提出了今后的研究重点和方向。

关键词：抗生素；暴露途径；环境风险

中图分类号：Ｘ７０１文献标识码：Ａ文章编号：１００３－６５０４（２００７）０３－００１０８－０４

近年来，抗生素的滥用、大量耐药性致病菌的出现引起了人们对抗生素的广泛关注，并且，人们不仅关心抗生素的生产、投放市场和使用情况，抗生素在环境中的残留、归趋以及对环境的影响亦成为焦点。目前国内相关研究工作开展较少，国外的研究已取得一定成果。因此，本文根据近年的文献综合分析了抗生素的使用、环境中抗生素残留以及其潜在的环境风险，并提出了今后的研究重点和方向。

１抗生素的使用与性质

１．１抗生素的使用及生物体内代谢转化

抗生素是由微生物产生的在低浓度下能抑制其他微生物生长的小分子天然有机化合物［１］。目前被广泛使用的抗生素，按照化学结构分类，可分为β－内酰胺类、喹诺酮类、四环素类、氨基葡糖苷类、大环内酯类、多肽类等。

自从１９２９年青霉素被发现并临床应用，抗生素作为一种重要的药物广泛用于医药、畜牧业和水产养殖业，并且近年来种类和数量快速增长。在抗生素的多种用途中，医用和兽用的用量各占一半左右。据统计，澳大利亚每年抗生素３６％用于人类，８％用于兽药，５６％混入饲料当中［２］。

我国是抗生素的生产和使用大国。１９９７年德国青霉素产量为９００ｔ［３］，１９９８年丹麦抗生素总产量为８７ｔ［４］。而我国，２００３年仅青霉素产量就为２８０００ｔ，占世界总产量的６０％；土霉素产量１００００ｔ，占世界总产量的６５％；多西环素产量也为世界第一［２］。并且我国抗生素的使用量非常大，数据显示我国药物处方中抗生素占７０％，与西方国家３０％比例相比，反映了我国抗生素滥用情况严重［２］。

抗生素被机体吸收后，少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖苷酸化等代谢反应生成无活性的产物，而很大一部分的以原形通过粪便和尿液配出体外［３，５－６］。在环境中，一些代谢物甚至能重新转变为最初的活性药物。曾有文献报导在液体肥料中氯霉素糖苷酸可转变为氯霉素，Ｎ－４－乙酰基磺胺甲嘧啶转变为磺胺甲嘧啶［７］。１．２环境中抗生素的来源及归趋

抗生素的污染为点源和面源排放相结合，其进入环境的途径可归纳为图１。抗生素由于其挥发性差，在环境中的主要迁移途径为水体和食物链［２，７］。

抗生素制药主要包括发酵、

化学合成、提取和成药四个阶段，其成药过程所产生的废水含有多种难降解的生物毒性物质和较高浓度的活性抗生素，它们对废水生化处理中微生物的生长有很强的抑制作用，加之生产过程中废水排放的不连续性及浓度波动较大等特点，使抗生素生产废水很难降解［６，８］。但从排放量来看，环境中抗生素的主要来源是医药和畜牧养殖业的使用和排泄而不是生产工厂的工业废水。

残留于人畜粪便的抗生素，一部分可通过肥料的施用、径流等进入水体，而大部分作为废水进入污水处理厂，再随污水处理厂流出的水进入水体。目前污水处理厂对抗生素不能彻底去除，故大量的抗生素及其代谢产物最终进入水体。

另一方面，水产养殖业也广泛使用抗生素，通过

作者简介：王冰（１９８２－），女，硕士，主要从事环境中抗生素检测和生态影响研究；＊通讯作者：教授，（电子信箱）ｅｎｖｉｄｅａｎ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。

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饲料添加或直接施用于水体，主要为四环素类、磺胺类等。据研究，水产养殖业投放的抗生素仅有２０％为生物所利用，进入水体的抗生素部分吸附于沉积物中；另一部分则随水体扩散［４］。

此外，大量家用抗生素由于过期而被随意丢弃，可能造成污染。据估计，在德国，每年有大约２０％～４０％的抗生素被丢弃［９］。

进入环境的抗生素，由于其性质差别较大，分布和降解的速度也各不相同。如对土壤和底泥的吸附性质研究表明，四环素类＞大环内酯类＞氟喹诺酮类＞磺胺类药物，而氨基葡糖苷类由于其带正电，易吸附于带负电的土壤或底泥中，β－内酰胺类对土壤的吸附较弱。在降解方面，相对而言β－内酰胺类易水解，喹诺酮类和四环素类易光解，氨基葡糖苷类、β－内酰胺类和大环内酯类易生物降解［６］。

２抗生素在环境中残留的研究现状

２．１痕量检测方法

对抗生素的环境行为的研究，首先面临的问题是抗生素的痕量检测。抗生素在环境中为痕量存在，在水体中通常为几十ｎｇ／Ｌ［３，１０－１４］，土壤或底泥中含量受空间分布影响较大，在养殖产附近底泥中含量可达数百μｇ／ｋｇ［１５］，而在其他土壤中的含量可能较低。因此，抗生素的检测方法成为相关研究的制约因素。

最早抗生素的检测采用的是生物学方法，该方法耗时长，灵敏度低，后来逐渐为高效液相色谱法所取代，成为抗生素类药物检测的标准方法。液相色谱－紫外联用（ＬＣ－ＵＶ）和液相色谱－荧光联用（ＬＣ－ＦＤ）等被广泛应用于生物样品中抗生素的检测［１６－１８］；而随着技术的发展，液相色谱－质谱联用（ＬＣ－ＭＳ）由于其高灵敏度和定性能力，近年来在研究领域广泛应用于抗生素的分析［１０，１９－２０］。而文献中报导的ＬＣ－ＭＳ测四环素类药物的方法中质谱包括使用粒子流（ｐａｒｔｉｃｌｅｂｅａｍ，ＰＢ），快速原子轰击（ｆａｓｔａｔｏｍｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ，ＦＡＢ），高温喷雾（ｔｈｅｒｍｏｓｐｒａｙ，ＴＳＰ），常压化学离子化（ａｔｍｏ－ｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈｅｍｉｃａｌｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ＡＰＣＩ），电子喷雾离子化（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ＥＳＩ）等。ＡＰＣＩ和ＥＳＩ离子化与二级质谱结合的方法灵敏度高，重复性好，常作为首选［２１］。

毛细管电泳也用于分析牛奶、血清和尿样中的四环素残留，目前已有研究者将其应用于环境样品的检测［２２］；放射性免疫测定也被报导用于抗生素的扫描［５］，该方法是半定量方法，还需要采用ＬＣ－ＭＳ做进一步确证。

２．２环境中抗生素分布与归趋

Ｈｉｒｓｃｈ等［３］采用ＨＰＬＣ－ＭＳ较早开展了对水体中抗生素的残留研究，其方法检测限为０．０２～０．０５μｇ／Ｌ，结果表明大多数抗生素在水环境中的浓度在此检测限之下。随着检测方法的发展，Ｙａｎｇ等发展的检测方法，其方法检测限已达到３￣７ｎｇ／Ｌ［５，１４］，能够检测出水环境中０．０１μｇ／Ｌ以上的抗生素，研究表明四环素类和磺胺类药物在地表水中浓度为０．０３～０．０６μｇ／Ｌ。而在水产养殖场的水样中，抗生素的浓度远高于自然水体，有研究报导养殖场水样中几种抗生素的浓度为１～６ｍｇ／Ｌ［１３］。

表１抗生素在环境中的残留浓度

关于土壤和底泥的研究主要集中于农田施肥土壤和养殖场底泥。Ｌａｌｕｍｅｒａ等［１５］曾报导在意大利某水产养殖场附近的底泥中检测到土霉素的最高浓度为２４６．３μｇ／ｋｇ，而氟甲喹最高浓度为５７８．８μｇ／ｋｇ。但在Ｌｅ等［１３］的研究中，底泥中几种抗生素的含量主要在４００～９００ｍｇ／ｋｇ范围内，两者结果相差甚大，可能是由两处地理因素和抗生素的使用情况的差异造成。

现有的污水处理技术不能完全去除抗生素，研究表明在污水处理厂二级处理出水中，几种常用抗生素的浓度至少在０．０４μｇ／Ｌ以上，有的甚至高达０．７μｇ／Ｌ。

３环境中抗生素残留的潜在风险

３．１诱导耐药性细菌

大量的研究表明抗生素的使用能诱导了病原菌产生耐药性，特别是由于长期大剂量的在饲料中添加抗生素，导致了一些能够抵抗强力抗生素的病原菌。这些菌株的出现，对人和动物的健康都极具威胁［２３］。

抗药性基因Ｒ－因子既可游离于细菌核基因组，又可在核基因组复制时整合进去，因此，抗药性基因既可经自发基因突变产生，也可由Ｒ－因子在细胞二分裂阶段通过代与代之间的传递，或在不同细菌间传递而产生［２４］。因此一些耐药性的菌株虽不具致病性，环境中抗生素残留潜在风险及其研究进展王冰，等名称浓度样品

土霉素［１５］２４６．３（μｇ／ｋｇ）养殖场底泥

氟甲喹５７８．８（μｇ／ｋｇ）

莫能霉素［１１］０．０３～０．０６（μｇ／Ｌ）河水

盐霉素０．０４（μｇ／Ｌ）

甲基盐霉素０．０４～０．０６（μｇ／Ｌ）

甲氧苄胺嘧啶［１３］

１．０４（ｍｇ／Ｌ）养殖场水样

７３４．６１（ｍｇ／ｋｇ）养殖场底泥磺胺甲恶唑

２．３９（μｇ／Ｌ）养殖场水样

８２０．４９（ｍｇ／ｋｇ）养殖场底泥诺氟沙星

６．０６（μｇ／Ｌ）养殖场水样

２６１５．９６（ｍｇ／ｋｇ）养殖场底泥喹菌酮

２．５０（μｇ／Ｌ）养殖场水样

４２６．３１（ｍｇ／ｋｇ）养殖场底泥四环素类［１５］０．０４～０．１６（μｇ／Ｌ）地表水

磺胺类０．０５～０．１８（μｇ／Ｌ）

氧氟沙星［１２］０．２０５～０．３０５（μｇ／Ｌ）污水处理厂

二级处理出水磺胺甲恶唑０．３９５～０．５７５（μｇ／Ｌ）

三甲氧苄氨嘧啶０．０４～０．７０５（μｇ／Ｌ）

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