污水处理厂中四环素类抗生素残留及其抗性基因污染特征研究进展
四环素类抗生素在水体中的光降解及毒性变化研究
四环素类抗生素在水体中的光降解及毒性变化研究四环素类抗生素在水体中的光降解及毒性变化研究引言：随着工业和农业的快速发展，水环境污染日益严重。
其中，抗生素类药物在废水中的存在引起了广泛关注。
四环素类抗生素是一类广泛应用于人畜养殖行业的药物，其在水体中的光降解及毒性变化研究成为当前水环境保护领域的热点问题。
1. 四环素类抗生素在水体中的来源及污染状况四环素类抗生素主要来源于人畜养殖业的使用，这些药物通过动物的代谢和排泄进入水体中。
研究表明，四环素类抗生素在水体中的浓度很高，且难以被传统的废水处理方法去除，从而进一步导致对水生生物的毒性效应。
2. 四环素类抗生素的光降解机制四环素类抗生素在水体中的光降解主要受到光照强度、温度、溶解氧等因素的影响。
在光照作用下，四环素类抗生素分子发生光解反应，从而降解为较低毒性的代谢产物。
此外，氧化反应也是四环素类抗生素光降解的重要途径，通过光照和氧化反应共同作用，四环素类抗生素可以有效地被分解。
3. 四环素类抗生素的光降解动力学研究通过对四环素类抗生素的光降解动力学研究，可以了解其在光照条件下的降解速度和机理。
研究发现，四环素类抗生素的光降解遵循一级动力学反应，其降解速度与光照强度和温度呈正相关关系。
此外，溶解氧和pH值也会对四环素类抗生素的光降解速度产生一定影响。
4. 四环素类抗生素光降解产物的毒性变化研究四环素类抗生素在光降解过程中会生成一系列降解产物，这些产物对水生生物的毒性可能存在较大差异。
研究结果表明，部分降解产物可能具有更高的毒性，这与其结构和毒理机制有关。
因此，除了研究四环素类抗生素的光降解速度外，还需要重点关注降解产物的毒性效应。
5. 对四环素类抗生素污染水体的治理策略针对四环素类抗生素污染水体，提出了一些治理策略。
例如，利用光催化技术可以加速四环素类抗生素的光降解过程，减少其对水生生物的毒性影响。
此外，也可以通过改善人畜养殖行业的管理和监督，减少四环素类抗生素的使用量，从根本上降低其在水体中的污染程度。
《2024年环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展》范文
《环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展》篇一一、引言随着人类对抗生素的广泛使用，四环素类抗生素（Tetracyclines, TC）污染已成为环境领域面临的严峻问题。
这种抗生素广泛应用于动物饲料和人类疾病治疗中，然而，大量未经充分代谢的药物及其代谢物随污水、粪便等排放至环境中，导致了土壤和水源的污染，给生态环境和人类健康带来了极大的风险。
因此，如何有效地处理和去除环境中的四环素类抗生素污染已成为环境保护领域的研究热点。
本文将就环境中四环素类抗生素污染处理技术的最新研究进展进行综述。
二、四环素类抗生素的环境污染问题四环素类抗生素在环境中的污染主要来源于制药废水、农业活动、家庭医疗废物等。
这些污染物进入环境后，难以被自然环境所降解，长期累积后对土壤、水体等生态系统造成严重影响。
此外，四环素类抗生素还可能通过食物链进入人体，引发耐药性细菌的滋生和传播，对人类健康构成潜在威胁。
三、四环素类抗生素污染处理技术研究进展针对四环素类抗生素的环境污染问题，研究者们开展了大量研究工作，并取得了一系列重要的技术进展。
以下将主要介绍几种处理技术及其研究进展：1. 物理化学法物理化学法是一种常见的处理技术，包括吸附法、混凝沉淀法、氧化法等。
其中，活性炭吸附法因其良好的吸附性能被广泛应用于四环素类抗生素的去除。
此外，一些新型的吸附材料如纳米材料、生物炭等也在研究中展现出良好的应用前景。
2. 生物法生物法是一种环保、经济的处理方法，主要包括生物降解、生物吸附和生物积累等。
近年来，研究者们发现一些微生物能够通过代谢作用降解四环素类抗生素，这为生物法处理四环素类抗生素污染提供了新的思路。
3. 高级氧化技术高级氧化技术是一种高效的处理方法，包括光催化氧化法、臭氧氧化法、湿式氧化法等。
这些技术能够产生强氧化性的自由基，有效降解四环素类抗生素。
其中，光催化氧化法因其操作简便、反应条件温和等优点受到广泛关注。
4. 土壤修复技术针对四环素类抗生素对土壤的污染问题，研究者们也开展了土壤修复技术的研究。
《2024年抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展》范文
《抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展》篇一一、引言随着现代医学的快速发展，抗生素在人类和动物疾病治疗、农业生产和食品加工等领域的应用日益广泛。
然而，抗生素的大量使用和排放已导致其在环境中广泛存在，引发了抗生素抗性基因（ARGs）的传播和扩散问题，对人类健康和生态环境构成了严重威胁。
本文将就抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除等方面的研究进展进行综述。
二、抗生素在环境中的污染抗生素在环境中的污染主要来源于医疗废水、制药废水、农业活动和家庭垃圾等。
这些抗生素在环境中不易被降解，长期存在并积累，对水生生物和土壤微生物产生毒害作用。
此外，抗生素的残留还可能促进抗性基因的产生和传播，从而引发一系列生态问题。
三、抗性基因的传播与影响抗生素的滥用和排放促进了抗性基因的产生和传播。
抗性基因可以通过基因水平转移在细菌之间传播，使得细菌具有对抗生素的抗性。
这些抗性细菌和抗性基因可能通过食物链进入人体，对人体健康构成潜在威胁。
此外，抗性基因的传播还可能导致病原菌对现有抗生素产生耐药性，使治疗效果降低。
四、抗生素的降解与去除研究进展针对抗生素在环境中的污染问题，学者们开展了大量关于抗生素降解与去除的研究。
目前，主要的降解与去除方法包括物理法、化学法和生物法。
1. 物理法：主要包括吸附法、膜分离法和光催化法等。
其中，吸附法利用多孔材料如活性炭、生物炭等吸附抗生素，从而降低其在环境中的浓度。
膜分离法则通过膜的截留作用将抗生素从水中分离出来。
光催化法则利用光催化剂在光照条件下将抗生素分解为无害物质。
2. 化学法：主要包括高级氧化技术（AOPs）和还原技术等。
AOPs利用强氧化剂将抗生素分解为小分子物质，从而达到去除目的。
还原技术则通过还原剂将抗生素还原为无害或低毒的物质。
3. 生物法：主要包括微生物降解法和植物修复法等。
微生物降解法利用微生物将抗生素作为碳源进行降解。
植物修复法则利用植物及其根际微生物共同作用，将抗生素转化为无害物质或被植物吸收利用。
含抗生素污水处理技术研究进展
含抗生素污水处理技术研究进展一、本文概述随着人类社会的发展和抗生素的广泛应用，抗生素在医疗、畜牧和水产养殖等领域的使用量不断增加，导致大量含有抗生素的污水被排放到环境中。
这些含抗生素的污水不仅会对生态环境造成严重影响，还可能通过食物链对人类健康构成潜在威胁。
因此，研究和开发高效的含抗生素污水处理技术已成为当前环境保护领域的重要课题。
本文综述了近年来含抗生素污水处理技术的研究进展，包括物理法、化学法、生物法以及新兴技术等多个方面。
介绍了含抗生素污水的来源、特点及危害，分析了当前污水处理面临的挑战。
详细阐述了各种污水处理技术的原理、优缺点以及在实际应用中的效果，重点关注了生物法在处理含抗生素污水中的研究进展。
对含抗生素污水处理技术的发展趋势进行了展望，提出了未来研究的方向和建议。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供全面的含抗生素污水处理技术信息，推动该领域的技术进步和实际应用，为环境保护和人类健康做出贡献。
二、抗生素污水特性分析抗生素污水作为一种特殊的工业废水，其特性主要体现在以下几个方面：高浓度有机物：抗生素生产过程中会产生大量含有高浓度有机物的废水，这些有机物包括未反应的原料、中间体、副产物以及抗生素本身。
这些有机物对微生物具有一定的抑制作用，增加了污水处理的难度。
生物毒性：部分抗生素具有生物毒性，对微生物的生长和代谢活动产生负面影响。
这种生物毒性不仅影响污水处理过程中微生物的活性，还可能通过食物链对生态环境和人类健康造成潜在风险。
难降解性：许多抗生素具有稳定的化学结构，使得其在自然条件下难以被生物降解。
因此，在处理含有抗生素的污水时，需要采用高效的处理技术，如高级氧化、生物强化等，以提高抗生素的去除效率。
抗生素残留：即使在污水处理过程中，部分抗生素仍可能以微量形式存在于出水中。
这些微量抗生素可能对生态环境产生长期影响，如诱导微生物产生抗性基因，从而影响整个生态系统的稳定性和功能。
环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展
环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展摘要：四环素类抗生素是广泛应用于畜牧业和人类医疗领域的一类重要抗生素，然而，其广泛使用和排放导致了环境中的污染问题。
本文对环境中四环素类抗生素的污染现状进行了介绍，并综述了近年来该领域的污染处理技术研究进展。
目前的处理方法主要包括物理、化学和生物方法。
物理方法主要包括吸附和膜分离技术，化学方法主要包括氧化还原和高级氧化技术，生物方法主要包括微生物降解和植物修复技术。
各种技术方法各有优势和局限性，需要根据实际情况进行选择和优化。
未来的研究重点应放在开发高效、环保的污染处理技术，以减少四环素类抗生素对环境的危害。
关键词：四环素类抗生素，环境污染，处理技术，物理方法，化学方法，生物方法1. 引言四环素类抗生素是一类来源广泛，广泛应用于畜牧业和人类医疗领域的重要抗生素。
然而，其大规模使用和排放导致了环境中的污染问题。
四环素类抗生素具有长期存在和难降解等特性，对环境和生物产生潜在的危害。
因此，研究和开发环境中四环素类抗生素污染的处理技术具有重要的理论和实际意义。
2. 环境中四环素类抗生素污染现状环境中四环素类抗生素污染主要来源于畜牧业和人类医疗活动。
畜牧业是主要的源头，因为四环素类抗生素主要被用于预防和治疗家禽和畜牧业动物的疾病。
同样，人类医疗活动也是一个重要的源头，因为四环素类抗生素是临床上常用的一类抗生素。
3. 物理方法物理方法是处理四环素类抗生素污染的基本方法之一。
其中，吸附技术是常用的一种物理方法，通过吸附剂吸附抗生素分子来实现去除。
常用的吸附剂包括活性炭、沸石等。
另外，膜分离技术也是一种有效的物理方法，通过膜的选择性透过性，将四环素类抗生素分离出来。
4. 化学方法化学方法主要包括氧化还原和高级氧化技术。
氧化还原技术主要是通过氧化还原反应将四环素类抗生素转化为无害的物质。
常用的氧化还原剂包括臭氧、过氧化氢等。
高级氧化技术利用高级氧化剂产生的自由基对四环素类抗生素进行降解。
四环素类抗生素在土壤环境中的残留及环境行为研究进展
第49卷第12期2020年12月应用化工Applied Chemical IndustryVol.49No.12Dec.2020四环素类抗生素在土壤环境中的残留及环境行为研究进展肖磊1,王海芳2（1.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051；2.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051）摘要:四环素类抗生素因具有预防疾病与促生长作用而被广泛应用于临床与养殖业中,进而会通过各种途径（有机肥施用、污水灌溉）进入土壤，并在土壤环境中长时间累积。
在介绍此类抗生素基本性质及结构的基础上，针对此类抗生素在土壤中的残留状况及各种环境行为（吸附和解吸、降解、迁移）进行了论述，并简要概括了其对土壤微生物、动物、植物的危害，重点介绍了四环素类抗生素在土壤中的吸附、降解和淋溶行为及影响因素,以期为这类抗生素带来的生态风险评估及控制提供参考依据。
关键词:四环素类抗生素;残留;环境行为中图分类号:TQ46；X53文献标识码:A文章编号：1671-3206（2020）12-3178-07Tetracycline residues and environmental behavior oftetracycline antibiotics in soil:A reviewXIAO Lei,WANG Hai-fang(1.School of Environment and Safety Engineering,North University of China,Taiyuan030051,China；2.School of Environment and Safely Engineering,North University of China,Taiyuan030051,China)Abstract:The tetracycline antibiotics are widely used in clinical and aquaculture industries due to their prevention of disease and growth promotion,these antibiotics enter the soil through various routes(application of organic fertilizers,sewage irrigation)and accumulate in soil environment for a long time.On the basis of summary of the tetracycline antibiotic types and structures,the remaining conditions and environmental behaviors(adsorption and desorption,degradation,migration)of the tetracycline antibiotics were discussed.The harmful effect of tetracycline antibiotics on soil microbes,animals and plants was also summarized.The absorption,degradation and leaching behaviors and corresponding influencing factors of tetracycline antibiotics in soil were highlighted.In order to provide scientific basis for the assessment and the ecological risk control of such antibiotics.Key words:tetracylines；residues；environmental behavior四环素类抗生素是由放线菌产生的一类广谱抗生素，主要包括天然类（四环素、金霉素、土霉素）及半合成衍生物（美他环素、强力霉素、米诺霉素）[1]O 其作为最常见的新型环境有机污染物而备受关注,其在土壤环境中的残留及环境行为（吸附-解吸、降解、迁移）受到各行业人士广泛的关注与研究。
抗生素的环境残留 生态毒性及抗性基因污染
抗性基因污染
抗性基因是指能够使细菌等微生物对抗生素产生抗性的基因。抗生素的大量 使用会筛选出具有抗性基因的细菌，使其逐渐成为优势种群。这些抗性基因可能 通过水平基因转移在环境中传播，导致其他微生物也获得抗性。这种现象称为抗 性基因污染。随着抗性基因的传播，可能导致抗生素治疗效果下降，甚至失效， 对人类健康产生严重威胁。
参考内容二一、引言 Nhomakorabea随着人类医疗、畜牧业和农业的快速发展，抗生素的大量使用已经对全球水 环境造成了严重的影响。这些影响主要体现在抗生素残留和抗性基因的扩散上， 这些物质对生态系统和人类健康构成了潜在威胁。因此，对水环境中抗生素和抗 性基因污染特征的理解，以及寻找有效的控制措施，成为了当前环境科学领域的 重要课题。
引言：
四环素类抗生素是一类广谱抗生素，广泛应用于医学和畜牧业。然而，抗生 素的滥用和不当处置导致土壤环境中四环素类抗生素残留和抗性基因污染的问题 日益严重。了解土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的来源、传输、 累积过程及其潜在危害，对于采取有效的环境风险评估和控制措施具有重要意义。
研究现状：
3、提高公众意识：通过教育和宣传，提高公众对抗生素知识的认识，让公 众了解抗生素的使用原则和注意事项，减少抗生素的滥用现象。
4、强化废水处理和废物管理：建立完善的废水处理和废物管理措施，严格 控制抗生素的生产、使用和处置过程，减少抗生素对环境的排放和污染。
参考内容
摘要：
本次演示综述了土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究现状， 讨论了这一领域存在的研究空白和需要进一步探讨的问题。通过对现有研究的归 纳和总结，旨在为未来的研究提供参考和启示。
二、水环境中抗生素和抗性基因 污染的特征
1、抗生素残留与扩散：大量的研究显示，污水处理厂、养殖业和农业活动 是水环境中抗生素残留的主要来源。这些抗生素通过废水排放进入水体，对水生 生物产生影响，并可能通过食物链传递给人类。
《2024年环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展》范文
《环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展》篇一一、引言近年来，随着医疗技术的快速发展和畜牧业的广泛规模化，四环素类抗生素的使用量显著增加。
然而，这类抗生素的大量使用与不恰当处置导致其广泛地存在于环境介质中，尤其是地表水、地下水以及土壤等。
这不仅影响了生态环境的质量，还对人类的健康构成威胁。
因此，环境中的四环素类抗生素污染问题成为了重要的研究议题。
本文旨在阐述四环素类抗生素在环境中的污染问题及其处理方法的技术研究进展。
二、四环素类抗生素的环境污染问题四环素类抗生素的广泛使用导致其在环境中的积累和持久性，严重影响了生态环境。
首先，这些抗生素在排放到水体后，通过地表径流、渗滤等途径进入地下水系统，进而对水生生态系统造成破坏。
其次，这些药物成分被植物吸收后进入食物链，对人体健康造成潜在风险。
因此，四环素类抗生素的环境污染问题亟需得到解决。
三、四环素类抗生素污染处理技术为了有效解决四环素类抗生素的污染问题，科研人员提出了多种处理技术。
1. 物理法：包括吸附法、膜分离法等。
吸附法利用活性炭、生物炭等材料对四环素类抗生素进行吸附去除。
膜分离法则是利用不同孔径的膜对四环素类抗生素进行截留和分离。
这些方法具有操作简便、成本较低等优点，但往往需要与其他技术结合以提高处理效果。
2. 化学法：包括氧化法、还原法等。
氧化法利用强氧化剂如高锰酸钾、臭氧等将四环素类抗生素分解为低毒或无毒的产物。
还原法则通过还原剂将四环素类抗生素的结构破坏或转化为其他形态。
这些方法具有较高的处理效率，但可能产生二次污染物。
3. 生物法：包括微生物降解、植物修复等。
微生物降解利用特定的微生物菌群将四环素类抗生素作为碳源进行降解。
植物修复则是利用植物及其根际微生物共同作用去除四环素类抗生素。
这些方法具有环保、成本低等优点，但处理速度较慢，受环境因素影响较大。
四、技术研究进展近年来，针对四环素类抗生素的污染处理技术取得了显著的进展。
一方面，新型材料如纳米材料、复合材料等被广泛应用于吸附法和膜分离法中，提高了处理效率和吸附容量。
土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展_吴楠
收稿日期：2010-03-29录用日期：2010-05-12基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目（No.KZCX 2-YW -Q 02-05）；国家重点基础研究发展计划（No.2007CB 407304）；中国科学院知识创新工程重大项目（No.KZCX 1-YW -06-03）作者简介：吴楠（1984—），女，硕士研究生，E -mail:wunan 07@;*通讯作者（Corresponding author ），E -mail:minqiao@土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展吴楠，乔敏*中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京100085摘要：近年来，致病菌耐药性的增加和扩散已成为全世界关注的热点问题，而人类医疗和畜禽养殖业抗生素的滥用正不断加剧这一问题.众多研究表明土壤环境作为一个巨大的抗性基因储存库，在抗性微生物和抗性基因的传播中起重要的作用，具有潜在的生态与健康风险.在总结国内外最新研究基础上，对土壤环境中典型抗生素-四环素类抗生素的主要污染源以及其在土壤中的基本环境行为等进行了分析，并探讨了土壤中四环素类抗性基因的来源、迁移和扩散及分子检测手段等问题.我国作为抗生素的生产和消费大国，抗生素污染问题较其他国家更为严重，而国内相关研究才刚刚起步，迫切需要开展有关环境中抗生素和抗生素抗性基因污染的系统研究.关键词：四环素；四环素类抗性基因；土壤；耐药性文章编号：1673-5897（2010）5-618-10中图分类号：X 503文献标识码：ATetracycline Residues and Tetracycline Resistance Gene Pollution in Soil:A ReviewWU Nan ，QIAO Min *State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology,Research Center for Eco -Environmental Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100085Received 29March 2010accepted 12May 2010Abstract ：In recent years,the increasing prevalence of antibiotic -resistant pathogens has become a global hotspot which is exacerbated by the overuse of antibiotics in human medicine and livestock production systems.Soil plays an important role in the spread of antibiotic resistance.As a huge antibiotic -resistance gene pool,soil suffers from the potential risk of antibiotic resistance.This review summarized the pollution sources of one type of typical antibiotics -tetracyclines and their residue levels in soil environment.The potential sources,survival,fate and dissemination of tetracycline resistance genes in soil,as well as the molecular methods used to detect resistance genes have been discussed based on recent published literatures.In China,large quantities of various antibiotics are widely produced and used,however,little is known about the antibiotic resistance in environment.Consequently,it is urgent to carry out a systematic research on environmental pollution of antibiotics and antibiotic resistance.Keywords ：tetracyclines ；tetracycline resistance genes ；soil ；resistance to drug2010年第5卷第5期，618-627生态毒理学报Asian Journal of EcotoxicologyVol .5,2010No .5,618-627吴楠等：土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展第5期近年来，由于抗生素在医疗和畜禽养殖业的大量使用所导致的环境污染问题日趋严重，已成为国内外研究的热点之一.进入环境中的抗生素除了会造成化学污染外，还可能会诱导环境中抗性微生物和抗性基因的产生，并加速抗生素抗性的传播和扩散.这些抗性微生物可能会通过直接或者间接接触（如食物链）等途径进入人体，增加人体的耐药性，从而给人类公共健康带来威胁.目前致病菌耐药性的增加和扩散已经成为全球疾病治疗所面临的一个巨大问题.据报告，美国每年有超过两百万人受到抗性病原体感染，14000人最终死亡（Pruden et al.,2006）.而越来越多的证据显示，致病菌耐药性的扩散与环境抗性微生物和抗性基因紧密相关（Zhang et al.,2009c），因此尽快开展环境中微生物抗性的研究工作是十分必要的.早在2004年，Rysz和Alvarez（2004）就将环境中抗生素抗性基因列为环境污染物，之后Pruden等（2006）也将抗生素抗性基因作为一种新型污染物提出.这些抗性基因广泛分布在各个环境介质中，如土壤、表层水环境、沉积物、畜禽养殖场的污水池、畜禽粪便、污水处理厂、地下水及饮用水中，并可通过基因横向转移（HGT）等机制在各环境介质中的微生物之间传播，而环境中拥有HGT这种内在机制的微生物成为一个巨大的抗性基因储存库（antibiotic resistance gene pool）.更重要的是，这些媒介生物体一旦获得抗性基因，特别是那些土著微生物因其能更好的适应本地环境而存活，很可能以超过亲代菌株的效率来扩散这种抗生素抗性（Chee-Sanford et al.,2009）.目前有许多针对各种土壤环境中抗生素抗性微生物和抗性基因的研究（Schmitt et al.,2006;Allen et al.,2009;Chee-Sanford et al.,2009），揭示了土壤环境作为一个巨大的潜在的抗性基因储存库（Schmitt et al., 2006），以及抗性基因扩展和演化的媒介，在抗性微生物和抗性基因的传播和扩散上起了重要的作用.四环素类抗生素（Tetracyclines,TCs）是目前使用最广泛、用量最大的抗生素种类之一，关于其在土壤中的迁移转化等环境行为及抗性的研究在国外已经有文献报道，而在我国这方面工作才刚刚起步，还有待于更加系统深入的研究.本文在总结国内外相关研究基础上，对土壤中四环素类抗生素的污染源、基本环境行为，以及土壤中四环素类抗性微生物和抗性基因的分布、迁移、扩散和分子检测手段等进行了分析和讨论.1四环素类抗生素的概况和消费状况四环素类抗生素是最为常见的一类抗生素，通过阻碍氨酰tRNA与核糖体结合位点的结合来抑制菌体蛋白合成，从而达到抑菌作用，具有较广的抗菌谱和良好的治疗效果，对革兰氏阳性、革兰氏阴性菌、支原体、立克次体和衣原体之类的微生物都具有活性（Chopra and Robertsm,2001）.自上世纪40年代，从链霉菌（Streptomyces aureofaciens）中提取发现了四环素家族的首个成员金霉素（Chlortetracycline,CTC），随后陆续发现的其他四环素类药物也被广泛应用于治疗人和动物的细菌性感染，常用的主要包括四环素（Tetracycline, TC）、土霉素（Oxytetracycline,OTC）、多西环素（Doxycycline,DXC）、美他环素（Methacycline, MTC）等（Jia et al.,2009）.四环素类抗生素除了广泛应用于医疗外，还作为兽药和促生长剂大量用于畜禽养殖业和水产养殖业（Chopra and Robertsm,2001）.据统计，欧共体每年抗生素的消耗量达5000吨，其中四环素类抗生素用量高达2300吨（Hirsch et al.,1999）；90年代中期在美国，每年仅用于养殖业的四环素类抗生素大约有3500吨（Chopra and Robertsm,2001）；在肯尼亚约有14.6吨抗生素用于畜禽生产，其中四环素类抗生素约占总用量的56%（Sarmah et al., 2006）；而在中国，四环素类抗生素已经成为在畜禽饲养业和临床中使用量最大的抗生素之一，以1999年为例，中国一年使用的四环素类抗生素约有9413吨（Hu et al.,2008）；而2003年，中国生产土霉素约10000吨，占当年世界土霉素生产总量的65%（Zhang et al.,2009b）.2四环素类抗生素在土壤环境中的行为2.1土壤中四环素类抗生素的来源四环素类抗生素进入土壤环境的途径有多种，其主要途径按照抗生素用途不同，大体可分为人用和兽用两种：第一，兽用抗生素被认为是土壤环境中抗生素污染的一个主要来源，其进入土壤的途径主要包括：将来自养殖场的含有未分解兽药或兽药中间代谢产物的粪尿直接施入土壤作为有机肥料；养殖场堆粪池、污水池的泄露；兽药生产过程中流失619生态毒理学报第5卷和废弃的药品及容器等（Chee-Sanford et al., 2009）；另外由于抗生素在水产养殖业也被广泛使用，未被水产养殖生物吸收的，以及随粪便排泄的抗生素可能聚积于底泥沉积物，而水产养殖业（如渔场）的底泥常被用作土壤调节剂，其中残留的抗生素也会进入土壤环境（Sarmah et al.,2006）.畜禽粪便施肥被认为是抗生素进入土壤的最主要途径（Mueller et al.,2003）.研究证明由于大部分抗生素难以被动物吸收利用，约25%~75%的抗生素未经代谢而以母体化合物形式随粪尿排出体外（Chee-Sanford et al.,2001），从而在施用粪肥的土壤中长期存在（Hamscher et al.,2005）.目前许多研究都在畜禽粪便中检测到了高含量的四环素类药物残留，一般在mg·kg-1级：Hamscher等（2002）在液体粪肥中检测到四环素含量为4.0mg·kg-1，金霉素为0.1mg·kg-1；张树清等（2005）对我国7省、市、自治区的典型规模化养殖场畜禽粪便的主要成分进行了分析，结果表明猪粪中土霉素平均含量为9.09mg·kg-1，四环素为5.22mg·kg-1，金霉素为3.57mg·kg-1；而在北京地区，万头养猪场猪粪样品的检测结果表明，这3种四环素均有不同程度的检出,其中土霉素浓度范围10.5~513.4mg·kg-1 DW（干重，dry weight），四环素浓度范围12.53~ 77.10mg·kg-1DW，金霉素浓度范围0.0~19.22mg·kg-1DW（沈颖等，2009）.我国是世界上畜禽养殖大国，每年添加到动物饲料中的抗生素超过8000吨（Ben et al.,2008），畜禽粪便的产生量也是相当可观：1998年~2001年全国畜禽粪便产生量分别为18.84亿吨、19.00亿吨、20.10亿吨、21.70亿吨，但在2003年却迅速增加到31.90亿吨，据估算到2010年，全国畜禽粪便的排放量将达45.00亿吨（鲍艳宇，2008）.由于畜禽粪便产生量很大，而80%以上的畜禽粪便没有经过综合处理，直接被施于农田，其生态与环境安全的风险很大，是构成我国抗生素面源污染的主要原因之一（李兆君等，2008）.第二，医用抗生素被认为是土壤中抗生素污染的另一个主要来源，其中医用抗生素主要包括经由病人粪便和尿液排出的抗生素，医院丢弃的过期抗生素及残留在药瓶和器械上的抗生素，医药企业在生产过程中流失的抗生素等（王冉等，2006）.大部分残留的抗生素最终进入医院污水、城市生活污水或医药工厂污水中，但由于现有的水处理技术对污水中的相当一部分抗生素没有明显去除效果，因此无论是否经过处理，只要实施排放，均可导致对地表水，地下水及农田土壤环境的污染（周启星等，2007）.另外来自于污水处理厂残留有抗生素的污泥作为肥料施入土壤，也是土壤中抗生素污染的一个来源（Golet et al.,2002）.据世界卫生组织调查显示，目前我国住院患者抗生素药物使用率高达80%，其中使用广谱抗生素和联合使用两种以上抗生素的占58%，远远高于30%的国际水平；而家庭自备抗生素的也已达80%，与世界其它国家比，我国已成为世界上滥用抗生素最为严重的国家之一（王兰，2006）.2.2四环素类抗生素在土壤中的迁移与降解目前对四环素类抗生素在土壤中环境行为的研究主要集中在几个方面：独立的土壤组分（如土壤粘粒矿物含量、有机质、氧化物等）以及影响因素（如pH、温度、离子强度等），对四环素类抗生素的吸附解吸过程影响的分析（鲍艳宇，2008）.研究表明在广泛的环境条件下，四环素类抗生素在土壤，粘粒，包括沉积物中都有很强的吸附性（Chee-Sanford et al.,2009），其吸附机理主要是离子交换作用，这主要与四环素类抗生素的性质有关（Figueroa et al.,2004）.由于四环素类抗生素较强的吸附性，其在环境中的移动性可能会与肥料和土壤胶体等在环境中的迁移相关（Chee-Sanford et al.,2009）.四环素类抗生素在土壤环境中的降解主要分为生物降解和非生物降解，在一些情况下降解产物还会转化回母体化合物（Sarmah et al.,2006）.一般来说，抗生素在环境中的降解与其化学特性（如水溶性、pH、挥发性和吸附性）、环境条件（如温度、土壤类型、pH等）和剂量有关（王冉等，2006）.四环素类抗生素的非生物降解（如光降解）主要取决于pH值、氧化还原状况和光照，其降解产物的形成主要通过差向异构化，脱水化，质子转移等方式（Halling-Sorensen et al.,2003）.据报道，四环素可在环境中残留超过20天，而土霉素和金霉素因被吸附到粘土矿物和土壤上，受到保护避免了生物降解，因此半衰期相对更长（Kulshrestha et al., 2004）；田间试验结果表明，土霉素能够以超过25μg·mL-1的浓度在土壤中保持生物活性至少40天（Gonsalves and Tucker,1977）；Halling-Sorensen620吴楠等：土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展第5期等（2003）研究了土壤间隙水中土霉素的非生物降解，除了差向土霉素（EOTC）外，大部分降解产物的含量相对于母体化合物很少（低于2%），且降解过程中并非所有的土霉素降解产物都会产生，根据降解产物的不同，土霉素在土壤间隙水中的半衰期从2天（EOTC）到270天（beta-apo-OTC）不等.与其他抗生素相比，四环素类抗生素在土壤中持久性强，难于降解，因此也将更容易在土壤中累积，对生态系统和人体健康形成潜在威胁（鲍艳宇，2008）.2.3土壤中四环素类抗生素的检测由于土壤环境基质成分复杂，干扰物质多，而目标化合物的残留浓度通常很低，因此给土壤样品中四环素类抗生素的测定带来很大难度，在测定之前往往需要前处理过程.前处理主要包括提取和净化：从固体基质中提取目标分析物通常采用极性有机溶剂或其混合物或水溶液作为提取剂（如EDTA-McIlvaine提取液）进行超声提取或简单的混合/搅拌；提取液的净化常用固相萃取（SPE）、液-液萃取（LLE）、凝胶渗透色谱及半制备LC等，但大多数情况下采用SPE（李瑞萍等，2008）.在动物源性食品中四环素类抗生素残留的检测方法的基础上，研究者开发了基于环境样品的分析检测方法，绝大多数采用了高效液相色谱与紫外联用（HPLC-UV）、液相色谱与质谱联用（LC-MS）、高效液相色谱与串联质谱联用（HPLC-MS/MS）、及超高液相色谱串联质谱（UPLC-MS/MS）等.这些技术的应用使得环境样品中四环素类抗生素的分析具有较高灵敏度及选择性，有的可达ng·L-1水平（Jia et al.,2009）.然而这些技术作为筛选及鉴定未知物的能力还较低，因此目前主要用于测定已知的目标化合物，且大多数工作集中于环境中母体化合物的测定，对其代谢物的测定较少（李瑞萍等，2008）.2.4四环素类抗生素在土壤中的残留国内外众多研究表明，土壤中四环素类抗生素残留浓度范围从μg·kg-1级到mg·kg-1级不等.早在1981年，Warman和Thomas（1981）就在施用过鸡粪的土壤中发现了金霉素.随后四环素类抗生素在不同土壤，肥料，污泥及沉积物中被相继检出：Hamscher等（2002）在长期施用猪粪尿的土壤中检测残留的抗生素，其中四环素在0~10cm土壤中平均浓度为86.2μg·kg-1，10~20cm为198.7μg·kg-1，20~30cm为171.7μg·kg-1，金霉素在这三层土壤中浓度为4.6~7.3μg·kg-1；在德国的另一项研究表明，在施用过液体肥料的表层土壤中（0~30cm），检测到土霉素，四环素，金霉素的最高浓度分别为27μg·kg-1，443μg·kg-1，93μg·kg-1，在14个取样点中至少有3个样点四环素类含量超过欧盟医药产品排放基准值（100μg·kg-1）（Sarmah et al.,2006）；Aga等（2005）在连续5个月每天喂给牛75mg土霉素后，将牛粪便作为氮肥施入土壤，结果表明粪便施入土壤22天后0~5cm土壤中四环素类抗生素及其代谢产物总浓度为281.34mg·kg-1，70天后总浓度为67.25mg·kg-1，144天后为3.60mg·kg-1；而在水产养殖场的沉积物中土霉素含量竟高达285mg·kg-1（周启星等，2007）.3土壤环境中四环素类抗性基因的污染3.1四环素类抗性基因种类及其耐药机制到目前为止，至少有40多种四环素类抗性基因被发现和命名，包括近40种四环素类抗性基因tet和3种土霉素抗性基因otr（Brown et al.,2008; Roberts,2005;Thompson et al.,2007），标准是如果两个抗药基因编码的氨基酸序列相似性超过80%则被认为是同一种基因（Chopra and Robertsm, 2001）.大约60%的四环素类抗性基因编码泵外排蛋白（efflux pump proteins），可将四环素排出细胞外，从而降低细胞内药物浓度起到保护作用，如tetA、B、C、D、E、G、H、J、K、L、V、Y、Z、A/P等；少数编码核糖体保护蛋白（Ribosomal protection proteins,RPPs），保护蛋白与核糖体结合引起核糖体构型改变，使四环素不能与其结合，如tetM、O、Q、S、T、W、B/P等；另外一些基因编码修饰或钝化四环素类分子的酶（Enzymatic inactivation of tetracyclines），如tetX等；还有个别基因目前尚不清楚其耐药机制，如tetU（Chopra and Robertsm, 2001;Roberts,2005）.3.2土壤中四环素类抗性基因的来源土壤中抗生素抗性基因的来源主要有两种：（1）土壤中固有的抗生素抗性微生物所携带的抗性基因.研究表明，土壤中一些土著微生物本身就能够产生低浓度的抗生素，而其目的是为了帮助621生态毒理学报第5卷微生物更好的适应环境，在环境中生存，比如产生的抗生素可以抑制竞争者的生长等（Martinez, 2008）.然而人为活动的干扰会加速固有抗性微生物和抗性基因的扩散.如四环素类抗生素随畜禽粪便，污水，污泥等进入土壤中，并在土壤中残留，对土壤微生物的耐药性产生选择压力，携带有四环素类抗性基因的具有抗性的微生物存活下来并逐渐成为优势微生物，并不断地将抗性基因传播给其他微生物.研究发现抗生素使用频繁或是受人为活动干扰多的环境中，抗生素抗性基因的浓度要明显高于那些抗生素使用少或是受人类活动干扰少的环境中抗性基因的浓度（Pei et al., 2006）；而且一些研究还发现，环境中抗性基因的水平与抗生素的含量之间往往存在良好的相关性（Peak et al.,2007;Smith et al.,2004）；最近的一项研究发现，自1940年四环素类抗生素被广泛使用以来，土壤中的四环素类抗性基因水平显著增加，2008年土壤中部分基因的含量甚至是70年代土壤中的基因含量的15倍（Knapp et al.,2010）.（2）由外源进入土壤中的抗性微生物所携带的抗性基因.由于畜禽粪便，污水，污泥等通常都残留有较高浓度的抗生素，可能会诱导自身介质中抗性微生物的产生，因此当四环素类抗生素随着这些媒介进入土壤时，这些媒介中所包含的四环素类抗性微生物也一并被带入土壤中，这些抗性微生物可能通过基因横向转移等机制，将携带的抗性基因传播到土著微生物内.例如，四环素在养殖业常被作为促生长剂，长期以亚治疗剂量添加入饲料投喂给动物，由于大部分抗生素都不能被动物吸收，留在体内的四环素会诱导动物胃肠道内抗性微生物的产生，这些抗性微生物会随粪便一起排出体外，并通过施肥等途径最终进入土壤（Chee-Sanford et al.,2009）.如Schmitt等（2006）检测了猪粪中，以及施用猪粪前后的土壤中的四环素类抗性基因，通过对比发现有一部分抗性基因是施肥前的土壤中所没有的，而是猪粪中特有的，因此可以推断这部分抗性基因是由猪粪带入土壤中的；其他一些研究也从动物粪便中分离出四环素类抗性菌株（如粪肠球菌、大肠杆菌等），并检测到四环素类抗性基因（Kobashi et al.,2007; Rizzotti et al.,2009），另外在其他媒介，如污水中（Chee-Sanford et al.,2001;Koike et al.,2007; Peak et al.,2007），污泥中（Zhang et al.,2009a）也都有四环素类抗性菌株和抗性基因的存在.3.3环境中四环素类抗性基因的检测环境中特定的四环素类抗性基因和其宿主细菌的检测，对于进一步评估抗性基因在环境中残留和扩散的模式以及最终对人类公共健康所带来的影响具有非常重要的意义.近年来发展迅速的分子生物学技术因其快速，灵敏，特异性高而被广泛应用于抗生素抗性基因的检测，由于这种技术不需要依赖于微生物的筛选培养过程，因此不只局限于可培养微生物抗性的研究，还能直接对环境微生物中的主体—不可培养微生物的抗性进行检测.目前许多研究主要利用DNA杂交，普通及多重PCR，实时荧光定量PCR，以及DNA芯片等方法对各种环境样品（土壤，水体，沉积物，动物粪便，活性污泥等）进行四环素类抗性基因及抗性微生物的检测.3.3.1DNA杂交DNA杂交技术用于检测特定抗生素抗性基因已有近30年的历史，并且在探针设计和合成方面还在不断改进完善中，一些研究现在仍利用核酸杂交技术（Southern blot）区分同一家族不同种类的四环素类抗性基因，来进行系统命名或识别特定环境中存在的四环素类及其他抗生素抗性基因（Zhang et al.,2009c）.如Agerso和Sandvang （2005）利用该技术证实四环素类抗性基因和class 1整合子可从土壤分离菌株中共转移到大肠杆菌和/或Pseudomonas putida中.另外作为一种重要的非放射性标记方法，荧光原位杂交（FISH）技术也已经成功用于医学上检测抗生素抗性微生物，但关于其用于环境样品中抗性微生物的检测却鲜有报道（Zhang et al.,2009c）.3.3.2PCR方法PCR方法目前被广泛应用于纯菌株和环境样品中各种抗生素抗性基因的检测，如检测肥料中和施肥后土壤中的四环素类抗性基因（Schmitt et al.,2006）.但由于P CR检测中可能会有假阳性结果的出现，因此常常还需配合DNA测序的方法来识别特定的抗性基因.为节省更多时间和精力，有些研究采用多重PCR（multiplex PCR）方法，即应用多对引物在同一个PCR反应体系内，扩增多个不622吴楠等：土壤环境中四环素类抗生素残留及抗性基因污染的研究进展第5期同的抗性基因片段.但这种方法也存在一些缺点，如可能出现假阴性结果，引物间配对造成对反应的干扰，导致特异性差等，尽管如此，多重PCR仍被认为是一种快速简捷的检测各种抗性基因的方法（Zhang et al.,2009c）.Ng等（2001）就利用多重PCR的方法，分4组检测了共14种四环素类抗性基因.3.3.3实时荧光定量PCR近年来越来越多的研究采用实时荧光定量PCR（Real-time quantitative PCR）技术作为研究手段，从数量上更为直观的探讨环境中抗性基因的变化，而且由于这种方法不依赖于微生物培养，因此也能检测不可培养微生物所携带的抗性基因，使最终得到的量化结果更为全面和可信（Smith et al.,2004）.目前使用最多的是基于SYBR Green 荧光染料的定量PCR方法，已被用于多种环境介质中的四环素类抗性基因的定量，如畜禽养粪便（Yu et al.,2005）、猪场周围的土壤（吴楠等，2009）、地下水（Mackie et al.,2006）、底泥沉积物（Pei et al.,2006）、污水处理厂等（Auerbach et al., 2007;Zhang et al.,2009a）；另外一种基于Taqman 荧光探针的定量PCR方法也是常用方法，如用于畜禽养殖场污水池中四环素类抗性基因的定量（Peak et al.,2007;Smith et al.,2004）.3.3.4DNA芯片作为新一代基因诊断技术，DNA芯片（DNA Microarray）的突出特点在于快速、高效、自动化等，在一块芯片上就可同时快速检测出大量基因的存在与否，目前被广泛应用于医学上检测人类致病菌中的抗生素抗性基因（Zhang et al.,2009c）.但DNA芯片技术用于检测环境样品中的抗性基因的报道较少，这主要是由于环境样品基质复杂，一些污染物的存在可能会干扰目标基因的检测，因此样品在检测前还需要复杂的前处理过程（Call, 2005）；另外由于该技术的检测限较低，因此在检测环境样品中抗性基因时，往往还要配合PCR检测方法（Zhang et al.,2009c）.Patterson等（2007）利用DNA芯片技术，从来自欧洲不同国家的土壤和动物粪便样品提取的DNA中检测出23种四环素类抗性基因和10种红霉素抗性基因.3.4四环素类抗性基因在土壤中的传播抗生素抗性基因在微生物之间的传播主要是通过一种叫做基因水平转移（Horizontal gene transfer，HGT）的机制，又称基因横向转移（Lateral gene transfer），是指在不同生物个体之间或单个细胞内部细胞器之间所进行的遗传物质的交流.抗性基因可以整合到一些可移动基因元件（mobile genetic elements）上，如质粒（plasmids）、整合子（integrons）、转座子（transposons）、插入序列（insertion sequences）等，进而能够在共生微生物之间，革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间，甚至致病菌和非致病菌之间相互传播（Gogarten and Townsend,2005;Pruden et al.,2006）.基因水平转移机制主要包括（Chee-Sanford et al.,2009）：（1）接合：通过质粒、整合子或转座子等介导的基因片段转移，需要受体细胞和供体细胞的接触.许多研究证实了位于这些可移动基因元件上的抗性基因可以在土壤环境中同属及不同属的微生物之间传播，也可以由来自其他环境的外源微生物进入土壤中的土著微生物内.（2）转导：是DNA经包装进入噬菌体分子内，再通过噬菌体的吸附和注射过程进入其它宿主细胞.由于噬菌体在环境中分布广，数量多（据报道存在于农田根际土壤的噬菌体密度约为1.1×109g-1干土），因此转导可能是土壤系统中重要的基因转移机制.（3）转化：是指细菌细胞从环境中吸收裸露的DNA并通过同源重组等方式将其整合到自身基因组的过程.关于裸露的DNA在环境中的稳定性的研究尽管较少，但已有研究表明裸露的DNA可以吸附到土壤颗粒上，保护其避免受到脱氧核糖核酸酶的降解，在土壤中持留时间从数月到2年不等.这也意味着即便携带抗生素抗性基因的微生物已经死亡，其携带抗性基因的DNA还可释放到环境中并可能在环境中长期存在，并在适当的条件下转移到其他微生物体内（Pruden et al.,2006）.由于基因横向转移机制的存在，使得环境中的抗生素抗性往往难以去除，这一现象也被通俗的称为“来的容易，去的难”（easy-to-get，hard-to-lose）（Salyers et al.,1997）.因此许多研究在很少或者没有抗生素残留的地区也检测到抗性基因（Allen et al.,2009;Rahman et al.,2008），造成这一现象的原因除了可能是环境中固有的抗性微生物携带的抗性基因之外，还可能是历史污染遗留的问题623。
抗生素废水处理技术的研究进展
抗生素废水处理技术的研究进展抗生素废水处理技术的研究进展导言：随着抗生素的广泛应用，医疗、养殖业和农业产生的抗生素废水成为一个全球性的环境问题。
抗生素废水含有高浓度的抗生素残留物，这些残留物进入水体不仅对人类健康构成潜在威胁，还对水生生物和自然环境造成严重破坏。
因此，研究发展高效处理抗生素废水的技术具有重要的现实意义。
本文将介绍抗生素废水处理技术的研究进展。
一、物理处理技术物理处理技术主要利用物理方法对抗生素废水进行分离、浓缩和去除抗生素残留物。
常见的物理处理技术包括压滤、超滤和活性炭吸附等。
其中，超滤技术通过不同孔径的滤网将废水中的抗生素残留物与水分离，具有高效分离和低能耗的优点。
活性炭吸附技术通过将废水通过活性炭床层，利用活性炭对抗生素的亲和力吸附有效去除抗生素残留物。
物理处理技术能够有效去除部分抗生素残留物，但对于高浓度和多种抗生素废水处理效果有限。
二、化学处理技术化学处理技术是利用化学反应将抗生素废水中的抗生素残留物转化为无害物质的方法。
常见的化学处理技术包括氧化、还原和光催化等。
氧化技术利用臭氧、过氧化氢等氧化剂对抗生素残留物进行氧化反应，将其降解为无毒无害物质。
还原技术通过还原剂在一定条件下还原抗生素分子结构，使其失去活性。
光催化技术利用光激发催化剂对抗生素废水中的抗生素残留物进行降解。
化学处理技术能够有效降解抗生素，具有较高的处理效果，但存在成本较高和副产物难以处理等问题。
三、生物处理技术生物处理技术是利用微生物对抗生素废水进行降解和去除抗生素残留物的方法。
常见的生物处理技术包括活性污泥法、微生物固定化技术和生物滤池等。
活性污泥法通过在废水中引入活性污泥微生物，微生物通过代谢作用将抗生素残留物转化为无害物质。
微生物固定化技术将微生物固定在载体上，增加降解效率和稳定性。
生物滤池通过植物根系和微生物共同作用，去除抗生素残留物。
生物处理技术具有高效、环保和成本较低的优点，是一种可持续发展的抗生素废水处理方法。
环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展
环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展随着农业的发展和人类对养殖业的需求增加，四环素类抗生素被广泛应用于畜牧业中，以控制和预防动物疾病。
然而，由于畜牧业废弃物的直接排放和土壤、水体的污染，四环素类抗生素进入环境系统，对生态环境和人类健康造成了潜在的威胁。
因此，研究和发展高效的四环素类抗生素污染处理技术已经成为迫切的需求。
目前，针对环境中四环素类抗生素污染的处理技术已经取得了一些进展。
早期的处理方法主要包括生物修复、物化处理和酶降解等。
生物修复方法是利用微生物降解四环素类抗生素，其中细菌、真菌和藻类等微生物被广泛研究。
物化处理方法则是通过吸附、氧化还原和高级氧化等物理化学反应来去除四环素类抗生素。
而酶降解方法是利用酶的催化性质降解四环素类抗生素。
尽管这些方法在一定程度上可以去除环境中的四环素类抗生素，但仍然存在一些问题，如效率低、成本高和废物处理等方面的不足。
近年来，新型的四环素类抗生素污染处理技术逐渐兴起。
其中，高效可控的光催化降解成为研究的热点之一。
光催化降解是利用光催化材料通过吸收可见光或紫外光的能量来激发电子转移反应，从而降解有机物。
许多光催化材料，如二氧化钛、二氧化硫等，已经被广泛研究用于四环素类抗生素的降解。
同时，一些改性的光催化材料也不断涌现，如负载二氧化钛纳米颗粒、改性二氧化硫等。
这些新型光催化材料具有更高的光催化活性和更好的稳定性，能够更有效地去除环境中的四环素类抗生素。
另外，基于协同降解技术的研究也取得了一些进展。
协同降解技术将不同的污染物处理方法结合在一起，以提高处理效果。
例如，将物化处理和生物修复相结合，通过吸附和氧化还原反应去除四环素类抗生素的同时利用微生物降解其降解产物。
这种协同降解技术可以实现高效去除四环素类抗生素，并减少废物产生。
此外，一些基于纳米技术的新型协同降解方法也值得期待，如纳米吸附材料与纳米催化剂的联合应用。
虽然研究和应用新型的四环素类抗生素污染处理技术在不断进行，但仍然存在一些挑战。
四环素类抗生素的环境行为研究进展
Science &Technology Vision 科技视界0引言中国在不断发展畜禽养殖业的同时,对于兽药抗生素的需求量也越来越高。
而四环素类药物的生产和使用量居各类兽药之首。
2003年,中国对土霉素的产量达到了10000t,占当时世界总产量的65%。
在生产和使用的同时,中国也是四环素类药物的销售大国。
2008年四环素类药物的出口量达到1.34万t [1]。
四环素类抗生素(Tetracyclines)是由放线菌产生的一类广谱抗生素,包括四环素(Tetracycline),金霉素(Chlortetracycline),土霉素(Oxytetracycline)及半合成衍生物美他环素,强力霉素,米诺霉素等。
其广泛应用于畜禽养殖中,具有防治禽畜疾病及促进生长等作用。
但被动物食用后,不能被肌体完全吸收,绝大部分以原药或代谢产物随着粪便和尿液排出体外[2]。
在土壤、水等环境介质甚至动物食品中均检测到残留,其残留及环境行为受到人们关注。
1四环素类抗生素在环境中的吸附抗生素在环境中的吸附是常见的环境行为之一,其体现了抗生素与环境介质间的相互作用,亦对抗生素在环境中的迁移,降解等其他环境行为产生影响。
通过对抗生素在土壤中的吸附行为研究,得知其在土壤表面的吸附存在多种方式。
如物理吸附、化学吸附、氢键结合、配位键结合等。
吸附能力的强弱与土壤特性,及抗生素本身化学结构、理化性质有关[3]。
长时间以来,由于向土壤中施加粪肥等因素,四环素类抗生素也随之进入土壤,其去向与土壤对其的吸附强度存在密切关系。
近年来,单一的土壤性质对四环素类抗生素的吸附解吸行为研究较多,Jones 等[4]从土壤对土霉素的吸附研究中发现,土壤的有机碳含量,颗粒组成,阳离子交换量等因素都可对吸附量产生影响。
也有研究发现,四环素极易在粘性土壤中吸附,且迁移性几乎没有。
粘性土壤对金霉素的吸附量高于砂壤土。
对于四环素类抗生素在不同土壤中的吸附,Sassman 等[5]在研究时也得到了相似结论,四环素类抗生素在土壤中的吸附量多受土壤pH、有机碳含量,机械组成等因素影响,且其易被土壤吸附。
水环境中四环素抗性基因的研究进展
水环境中四环素抗性基因的研究进展四环素是一种广谱性抗生素，自问世以来，被广泛用于抑制细菌感染及养殖业中促进动物生长。
而在水体环境中普遍检测到耐四环素的细菌和抗性基因，使水体环境成为四环素抗性基因的储存库和传播介质。
文章就目前国内外关于水环境四环素抗性基因的研究现状做以总结，并在此基础上指明下一步研究需要关注的问题。
标签：四环素；四环素抗性基因；水环境；耐药菌株引言四环素是一种广谱性抗生素，通过结合于30s核糖体并抑制氨酰tRNA进入mRNA的核糖体复合物的受体位点，从而最终抑制微生物体内蛋白质的合成，对革兰氏阳性和革兰阴性菌都具有抑制作用。
因其具有广谱抗菌活性，被用于治疗细菌感染和畜牧业中作为添加剂促进动物生长。
环境中的四环素污染物可诱导细菌产生四环素抗性基因tet，并使染色体基因发生突变的抗性菌株被选择保留下来。
相反，某些抗性机制还可以对抗性菌株提供更高适应度的补偿，使其比敏感菌能更好的在于环境中维持。
另外，由于四环素基因位于可移动的遗传结构，使得四环素耐药性细菌的迅速蔓延，四环素抗性基因在不同细菌种群间传播。
目前，四环素抗性基因频繁的从不同水体环境中被检测出来，因此已作为控制自然环境中抗性基因的一个关键决定因素。
对ARGs研究最多的也是四环素抗性基因，文章就国内外研究的最新成果做以综述，并在此基础上指出了下一步还需要解决的问题。
1 水环境中四环素抗性基因研究现状1.1 四环素抗性基因的种类及耐药机制迄今为止，已从不同的细菌中检测出了至少有38种四环素抗性基因，其中23种四环素抗性基因编码外排蛋白，可将四环素排出细胞外，从而降低细胞内药物浓度起到保护作用，如tetA、tetB、tetC、tetD、tetE、tetG、tetH、tetJ、tetK、tetL、tetV、tetY、tetZ、tetA/P等；11种四环素抗性基因编码核糖体保护蛋白，保护蛋白与核糖体结合引起核糖体构型改变，使四环素不能与其结合，如tetM、tetO、tetQ、tetS、tetT、tetW、tetB/P等；3种基因能抑制酶活性，如tetX等；1种基因的抗性机制目前尚不清楚，如tetU。
抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展
抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展引言随着抗生素的广泛应用和滥用，抗生素及其抗性基因在环境中的污染问题日益引起关注。
这一问题对人类健康及环境的影响不容忽视。
本文将介绍抗生素及其抗性基因在环境中的污染情况，以及目前研究中关于抗生素降解和去除的进展。
一、抗生素及其抗性基因的环境污染1.抗生素在环境中的存在形态抗生素可通过水体、土壤、农田等途径进入环境中，而在环境中有多种形态存在，如溶解态、悬浮态和沉积态等。
其中，溶解态抗生素使水体成为抗生素及其抗性基因的主要扩散途径。
2.抗生素的降解机制与途径抗生素在环境中被降解主要经历生物降解和非生物降解两个过程。
其中，生物降解是由细菌、真菌、藻类等微生物通过代谢活性将抗生素转化为无害或较低毒性物质。
而非生物降解则是在光照、氧化还原、酸碱条件下，通过化学反应将抗生素分解为多种降解产物。
3.抗性基因在环境中的传播抗生素使用过程中，部分细菌可导致抗生素抗性基因的水平传递，同时环境中也存在水平传递的情况。
抗性基因的传播主要通过转座子、质粒和细胞侵入等途径实现。
抗生素和抗性基因的污染为环境中抗生素抗性菌株的扩散提供了条件，对人类健康产生潜在威胁。
二、抗生素及其抗性基因的降解研究进展1.生物降解剂的筛选目前，研究人员通过对环境中的微生物进行筛选，发现了一些具有抗生素的高效降解能力的微生物菌种。
这些菌株通过代谢活性可将抗生素转化为无毒或低毒产物。
2.构建降解净化系统针对抗生素污染问题，研究人员提出了一种采用微生物组合的降解净化系统。
该系统利用不同功能微生物联合作用，对抗生素进行高效降解和去除。
3.光降解技术研究光降解技术是一种有效去除抗生素的方法。
研究人员发现，紫外光、阳光和特定波长下的光照均能降解抗生素。
通过调整光照条件和反应时间，可以实现高效降解。
三、抗生素及其抗性基因的去除研究进展1.生物吸附技术的应用生物吸附技术通过利用微生物菌体或其代谢产物对抗生素进行吸附，达到去除的目的。
养殖场废水中磺胺类和四环素抗生素及其抗性基因的定量检测
养殖场废水中磺胺类和四环素抗生素及其抗性基因的定量检测养殖业是我国农业的重要组成部分，但同时也面临着废水治理问题。
随着饲料添加剂的广泛使用，养殖废水中的抗生素残留成为一个严重的环境问题。
其中，磺胺类和四环素类抗生素是应用最广泛的两类抗生素，同时也是常见的养殖废水中的抗生素成分。
这两类抗生素及其抗性基因的定量检测，对于解决养殖废水治理问题和保护环境具有重要意义。
磺胺类和四环素类抗生素是典型的脂溶性药物，它们在养殖过程中常被用于预防和治疗动物疾病。
然而，这些抗生素在动物体内的使用不完全，一部分通过排泄物以及养殖废水排入环境中。
磺胺类和四环素类抗生素的残留不仅污染了土壤和水体，还加剧了抗生素抗性基因的传播。
抗生素的使用不仅对人类健康构成潜在威胁，还会导致抗生素耐药基因在环境中的传播和扩散。
研究表明，磺胺类和四环素类抗生素不仅在养殖废水中存在，还广泛分布于土壤、地下水等环境介质中。
这些抗生素与环境中的微生物相互作用，形成了抗生素抗性基因，加剧了抗生素耐药性的传播。
因此，开展磺胺类和四环素类抗生素及其抗性基因的定量检测具有重要的应用价值。
定量检测磺胺类和四环素类抗生素及其抗性基因可以采用PCR技术。
PCR技术是一种在分子水平上检测和定量目标基因的方法，具有高度敏感性和特异性。
通过PCR技术，可以在养殖废水样品中准确测定磺胺类和四环素类抗生素的浓度，并同时检测抗性基因的存在与数量。
这些数据不仅可以提供关于养殖废水中抗生素排放量的信息，还可以研究抗生素抗性基因的传播机制和趋势。
定量检测养殖废水中磺胺类和四环素类抗生素及其抗性基因的方法主要包括采样、样品前处理、基因提取和PCR扩增等步骤。
首先，需要在养殖场的出水口或养殖池等位置采集养殖废水样品。
然后，对采集的样品进行处理，以去除杂质和有机物等干扰物。
接下来，使用基因提取试剂盒提取样品中的DNA，获取目标基因。
最后，在PCR反应体系中加入相应的引物和模板DNA，进行PCR扩增。
污水处理厂中四环素类抗生素残留及其抗性基因污染特征研究进展_黄圣琳
2015年第34卷第6期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ・1779・化工进展污水处理厂中四环素类抗生素残留及其抗性基因污染特征研究进展黄圣琳1，何势1，魏欣1，薛罡1，2，高品1，2（1东华大学环境工程与科学学院，上海 201620；2国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心，上海 201620）摘要：四环素类抗生素以其突出的抗菌性能和较低的副作用而被广泛用于细菌感染疾病的治疗和控制，污水处理系统作为环境中四环素类抗生素及其抗性基因的一个重要污染点源，已引起广泛关注。
尽管如此，目前关于四环素类抗生素在污水处理过程中的降解行为及影响因子，及其对降解微生物抗药性的选择性效应方面的研究还较少。
在分析总结国内外四环素类抗生素污染现状基础上，对污水处理过程中四环素类抗生素的去除行为及影响因素等进行分析，探讨了其抗性基因在污水处理过程中的污染特征，同时分析了四环素类抗生素对其抗性基因的诱导、演变和传播的影响，并对今后的研究发展方向进行了展望，以期为从污水处理系统达到控制和去除四环素类抗生素及其抗性基因提供方向和依据。
关键词：污水处理厂；四环素类抗生素；四环素抗性基因；污染特征中图分类号：X 787 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2015）06–1779–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2015.06.044Pollution characteristics of tetracycline residues and tetracycline resistance genes in sewage treatment plants：A reviewHUANG Shenglin1，HE Shi1，WEI Xin1，XUE Gang1，2，GAO Pin1，2（1College of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China; 2State Environmental Protection Engineering Center for Pollution Treatment and Control in Textile Industry，Shanghai 201620，China）Abstract：Tetracycline antibiotics have been widely administered to treat and control diseases due to their effective antimicrobial actions and the lack of major side effects. The sewage treatment plants have attracted much attention as one of the main point-sources of pollution with respect to tetracycline antibiotics and tetracycline resistance genes. However，only few studies were focusing on the degradation behavior of tetracycline antibiotics during sewage treatment process and the pressure selection on their corresponding resistance genes. Based on the summary of pollution situati on of tetracycline antibiotics，their removal behavior and relevant influencing factors during sewage treatment process were analyzed. The pollution characteristics of tetracycline resistance genes were investigated. In addition，the effects of tetracycline antibiotics on the induction，evolution and spread of tetracycline resistance genes were discussed. Finally，the future research directions in this area were收稿日期：2014-11-13；修改稿日期：2014-12-11。
环境中四环素类抗生素的污染及其对人体健康的影响
环境中四环素类抗生素的污染及其对人体健康的影响环境中四环素类抗生素的污染及其对人体健康的影响2013级七年临床周博洋指导教师公共卫生学院施致雄副教授摘要：四环素类抗生素进入人体后，难以被肠胃吸收，约75%以母体化合物的形式被排入污水。
然而，现有的工艺只能部分去除四环素类抗生素，从而导致仍有相当数量的活性成分进入自然环境中。
进入到环境中的抗生素会发生降解反应（抗生素的降解是指抗生素通过生物或非生物的过程使其从大分子化合物转化为小分子化合物，并最终转化为水和二氧化碳的过程），但很难得到完全降解，而是产生一系列代谢及降解中间产物，这些产物往往具有更大的毒性。
同时，环境中的四环素类抗生素普遍残留还会诱导微生物逐渐对其产生抵抗性，造成抗药性菌群的富集及抗性基因(antibiotic resistance genes，ARGs)的产生。
作为近年来日益受到关注的潜在环境生态危险源，四环素类抗生素的研究日益增多。
本文在总结相关研究的基础上，对抗生素使用状况进行分析（包括但不限于四环素类抗生素），阐明四环素类抗生素污染现状，探讨四环素类抗生素对人体健康的危害，为抗生素的合理使用提供参考。
关键词：四环素类抗生素污染人体健康合理用药Abstract:For Tetracycline antibiotics(TCs) , it is difficult to be absorbed by the stomach,which leads to a result that about 75% of TCs will be discharged into the sewage in the form of parent antibiotics.However, the sewage process can only partially remove the tetracycline antibiotics, which leads to a considerable number of active ingredients into the natural environment.Antibiotics in the environment will produce degradation reaction, however, instead of being completely degraded, a series of metabolism and the degradation intermediate are produced, which tend to have greater toxicity.Moreover, tetracycline antibiotics in the environment will gradually induce microorganism to possess resistance,which cause tow bad effects:drug-resistant bacteria enrichment and resistance gene (antibiotic resistance genes, ARGs). As a potential environmental hazard,TCs have attracted increasing attention in recent years. Based on thesummary of related research,this paper analysis the usage of antibiotics(including, but not limited to TCs), clarify the tetracycline antibiotics pollution status, and investigate the tetracycline antibiotics’harm to human health, to provide reference for rational administration of drug(antibiotics)Key words:Tetracycline antibiotics(TCs) ; pollution ; human health ; rational administration of drug近年来，PPCPs作为一种新兴污染物日益受到人们的关注。
抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展
药物和含有抗生素的个人护理品（Pharmaceuticals and personal care products ，PPCPs ）的污染已引起人们重视[1]. 抗生素的大量使用诱导和加速了抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes ，ARGs ）的产生、传播以及耐药细菌形成的风险. 抗生素的滥用使90%以上不能被动物和人体吸收的部分，经过羟基化、裂解等代谢反应，最终以原药形态直接排放于环境中，形成广泛且难以控制的面源污染[2]. 长期的低浓度抗生素的存在会对水体中的微生物群落产生影响，并通过食物链的传递作用影响高级生物，破坏生态系统平衡[3]，因此抗生素在环境中残留且迁移具有潜在危害.ARGs 是一种新型、持久性的环境污染物. 细菌中携带ARGs 的质粒、整合子以及转座子等可在同种属菌株间和不同种属的菌株之间发生水平基因转移（Horizontal gene transfer ，HGT ），即使抗性菌株死亡后，携带ARGs 的裸露DNA 会在脱氧核苷酸酶的保护作用下长期存在[4]. ARGs 的持久性和易传播扩散会成为环境污染的隐患.收稿日期 Received: 2014-07-15 接受日期 Accepted: 2014-10-29*国家自然科学基金项目（31370510，31411130123）和上海市科委国际合作项目（135********）资助 Supported by the National Natural Science Foundation of China (31370510, 31411130123), and Shanghai Project of International Cooperation of Science and Technology (135********)**通讯作者 Corresponding author (E-mail: bxie@)抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展*沈怡雯 黄智婷 谢 冰**华东师范大学生态与环境科学学院，上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室 上海 200241摘要 随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用，自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注. 本文基于最新文献，综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术. 现有研究表明，抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质，而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中，其污染水平更高. 抗生素残留诱导产生抗性基因，其在环境中传播扩散与水平基因转移（Horizontal Gene Transfer ，HGT ）和微生物群落结构组成有关. 抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响，其中光照是影响其降解的重要因子；而在人工处理系统中，紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果，但并非全部有效. 建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究，进而有效控制其环境含量，降低其污染水平. 图1 表3 参60关键词 抗生素；抗性基因；水平基因转移；微生物群落结构；降解机理；去除效果CLC X172: X506Advances in research of pollution, degradation and removal of antibiotics and antibiotic resistance genes in the environment *SHEN Yiwen, HUANG Zhiting & XIE Bing **Shanghai Key Lab for Urban Ecological Processes and Eco-Restoration , School of Ecological and Environmental Sciences, East China Normal University , Shanghai 200241, ChinaAbstract With the widespread application of antibiotics and other antimicrobic agents, the residuals and potential hazards in both natural and human environment have raised public concerns. Based on current research, our review documents the sources of antibiotic and antibiotic resistant genes (ARGs) and the contamination status, analyzes their relationships and propagation mechanisms, and summarizes treatment technologies. Antibiotics and ARGs are commonly detected in water, soil and air, with comparatively higher levels in human environment, including wastewater treatment plant and solid waste processing chains. ARGs are induced by antibiotic residuals accumulated in the environment, but ARGs propagation is dominated by horizontal gene transfer (HGT) and the composition of microbial communities. In addition, other factors including temperature, light, and microbial communities all could impose effects on the degradation of ARGs and antibiotics, among which light is the most crucial factor in natural environment. In the engineered treatment systems, UV disinfection and biochemical degradation function well in ARGs and antibiotic removal, though not always so. Given these results, the review suggests that future study should focus on the mechanisms of antibiotics and ARGs propagation as well as specific treatment technologies.Keywords antibiotics; antibiotic resistance genes; horizontal gene transfer; microbial community structure; degradationmechanism; removal efficiency182应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol /抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展 2期越来越广泛的环境中抗生素残留及抗性基因的污染使之成为研究热点. 本文基于最新文献综述抗生素和ARGs 的污染状况及进入环境的污染途径，分析抗生素和ARGs 的关系，比较分析自然和人工环境中抗生素的降解和ARGs 的去除技术及影响因子，并提出环境中抗生素及ARGs 污染研究存在的问题和今后研究的方向，以期为以后继续开展环境中抗生素及抗性基因的深入研究提供参考.1 环境中抗生素和抗性基因污染概况自1928年Alwxander 发现盘尼西林能裂解葡萄球菌至今已80余年，大量抗生素被生产并广泛应用于医疗和农业方面. 然而，抗生素和ARGs 不仅在水环境中的地表水、地下水、污水管网等检测到，而且存在于土壤环境中的粪便、农田和底泥等，甚至在大气环境中也有检出.1.1 环境中抗生素污染概况抗生素由于大多具有水溶性，易经过各种环境介质转移到地表水、地下水和土壤中，所以在不同的水环境介质中都有检测到. 表1综述了国外与国内在地表水、地下水、污水处理厂和养殖场废水中检测到的抗生素种类及浓度[5-12]. 其中，养殖场中抗生素使用量较大，受污染情况严重；污水处理厂进出水中抗生素浓度均很高；检测到的抗生素种类繁多，这也反映了人类使用抗生素种类的多样性. 通过对不同水环境中抗生素残留量的比较，其浓度水平表现为养殖场废水＞污水处理厂废水＞地表水＞地下水. 由于国外和国内使用抗生素的习惯不同，其抗生素种类和浓度也不相同. 如加拿大6个城市污水处理厂进出水中检测到的阿奇霉素、环丙沙星、克拉霉素、氯唑西林和强力霉素等进出水浓度分别为1.1-8 000 ng/L 和0.6-7 000 ng/L ，而上海闵行区的两个污水处理厂的进出水中5种头孢类抗生素的浓度分别为1.12-2.75 μg/L 和0.01-1.32 μg/L . 总体上国内水环境中抗生素浓度水平高于国外.同时，土壤和沉积物环境中残留的抗生素都有检出，其中以养殖场粪便和农田土地含量为高，如天津集约化养殖场的猪、鸡粪便中金霉素最高值达到563.8 mg/kg （干基），四环素和土霉素最高值分别为34.8和22.7 mg/kg . 菜田土壤中的四环素最高值达到196.7 μg/kg ，金霉素最高值达到477.8 μg/kg ，并且温室和大棚菜田土壤的四环素类抗生素残留水平高于露地菜田土壤[13]. 黄浦江沉积物中发现有四环素类、磺胺类和氯霉素类抗生素，其中四环素类抗生素含量明显低于磺胺类抗生素含量，与水体中含量呈现相反特点[14]. 总体呈现出国内土壤环境中抗生素浓度比国外较高.由此可见，自然环境中抗生素已广泛存在，且抗生素的种类多样性高，抗生素残留量以养殖场废水最高，地下水最低. 国内环境中抗生素污染现状比国外严重.表1 国内与国外不同水环境介质中检测到的抗生素种类及浓度Table 1 Antibiotics types and concentrations in domestic and foreign water environments表2 国内与国外不同土壤环境介质中检测到的抗生素种类及浓度Table 2 Antibiotics types and concentrations of domestic and foreign soil environments18321卷 沈怡雯等/ Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报1.2 环境中ARGs 污染概况水环境中ARGs 的研究主要集中在不同种类抗生素在养殖场废水、污水处理厂和地表水等的污染情况. 四环素类ARGs 在所有ARGs 种类中有较高的检出率，特别是在养殖场的废水、土壤及其周围地下水中检出率为100% [17]. 美国中西部养牛场的泻湖中，空白为5.1 × 103 copies/mL ，而抗生素使用量增加后四环素类ARGs 最高达2.8 × 106 copies/mL ，6种四环素类ARGs 中tetM 的含量和相对丰度比其他四环素类ARGs 高[18]. 九龙河口及厦门污水处理设施中的磺胺类、四环素类ARGs 和两种整合基因的检测结果显示：ARGs 在淡水中的检出率较海水中高，ARGs 及整合基因在不同环境介质中的检出率大小比较为活性污泥（0.86）＞沉积物（0.57）＞水体（0.24）[19]. 对北江水体中ARGs 的研究发现sul Ⅰ与16S-rRNA 拷贝数的比值（相对丰度）在2.62 × 10-3 - 4.16 × 10-2之间，sul Ⅱ丰度在2.60 × 10-4 - 7.09 × 10-3水平[20].目前研究的土壤环境中的ARGs 主要分布于蔬菜地、养殖场土壤及粪便等环境介质，还有污水厂中的活性污泥和河流底泥等. 土壤中ARGs 的种类和丰度在过去的几十年里明显增长. 1970-2008年，荷兰土壤中的个别四环素类ARGs 含量增长超过15倍[21]. 图1选择了2009-2014年我国土壤中ARGs 的研究文献26篇，以文献中基因报道次数总和为基数，综述了蔬菜地、养殖场土壤及粪便（图中简称土壤）、活性污泥、底泥等环境介质中不同种类ARGs 的研究比例分布. 可以清晰看出，我国土壤中四环素类ARGs 研究比例最高，占37%，其次是活性污泥中四环素类ARGs . 比较不同的土壤环境介质，对土壤的研究最多. 我国对活性污泥和底泥的研究也着重于对四环素和磺胺类ARGs 的报道. 这与四环素类抗生素使用最为广泛有关. 沭阳市某养猪场周边耕地土壤检测到四环素抗性基因tetA 、tetC 、tetE ，干土中四环素抗性基因含量为4.63 × 105 - 37.42 × 105 copies/g [22]. 天津海河流域底泥中sul Ⅰ和sul Ⅱ的含量较其他四环素类ARGs 含量高，最大值分别为(7.8 ± 1.0) × 109 copies/g 和(1.7 ± 0.2) × 1011 copies/g [23]. 国外对土壤介质的ARGs 的研究也很多，美国[24]和德国[25]粪肥中检测出sul Ⅱ的丰度分别为10-6-10-5和10-5-10-2.研究发现沉积物中ARGs 含量高于地表水. 周启星等对天津海河流域ARGs 的污染状况结果显示，ARGs 在底泥中的浓度较水体中高出120-2 000倍[23]. 冀秀玲等调查了黄浦江河水及沉积物中磺胺类和四环素类ARGs 的含量水平，发现在水体及沉积物中的绝对拷贝数分别在104-107、105-108 copies/mL 之间[14]. 这可能是由于大多数天然抗生素来源于土壤微生物[26]，土壤中必存在相应的抗性基因，再加上人类废弃抗生素残留在土壤，产生更多的ARGs ，所以土壤环境中ARGs 高于水环境.大气环境中也检测到了ARGs 的存在. Gandolfi 等在米兰城市大气颗粒物中检测出金黄色葡萄球菌菌株对大环内酯类、四环素类等抗生素的高水平多药物抗性[27]. 伊拉克一家医院的空气中检测出氨基糖苷类、β-内酰胺类、四环素类等抗性质粒[28].从以上分析可知，水、土壤和大气等环境中都存在不同程度的ARGs 污染，而四环素类ARGs 在不同环境中都有检出. 土壤中的ARGs 水平高于水环境.2 环境中抗生素的污染来源和ARGs的传播扩散抗生素和ARGs 进入环境中的污染途径研究表明，抗生素的来源是其污染的根源，抗生素的使用诱导了ARGs 的产生，抗生素和ARGs 的来源以及它们的传播是抗生素和ARGs 在环境中存在的原因.2.1 环境中抗生素的污染来源自然环境中抗生素是微生物防御机制下的产物；人类使用的抗生素产品是经过提炼并生产用于抵抗病菌. 抗生素在人类疾病预防和治疗以及动植物病虫防害应用的同时，其滥用导致的环境污染与日俱增. 环境中抗生素污染来源主要是医用药物和农用兽药的使用.医用抗生素的来源主要归为下列5类：① 随病人粪便、尿液排出的处方抗生素；② 医院、家庭丢弃的过期抗生素；③ 在药瓶和器械上残留的抗生素；④ 医药企业在生产过程中损失的抗生素；⑤ 抗生素生产过程产生的固体废弃物（菌渣），其主要成分为抗生素产生菌的菌丝体、残留培养基及少量抗生素及其降解物等.兽药抗生素的使用和消耗远超出人用抗生素. 兽药抗生素来源主要为：① 动物养殖中，经动物粪便、尿液排出的抗生素；② 水产养殖中，直接施用的兽药；③ 兽药生产过程中损失、废弃的兽药.人畜服用的这些抗生素大都不能被充分吸收、利用，而是随排泄物进入污水或者直接排放到环境中. 药物生产过程损失的抗生素也会随着废水进入城市污水处理厂；废弃的抗生素药物被丢弃，进入到垃圾填埋场. 这些进入环境中的抗生素残留经雨水淋洗、地表径流，进入河流、湖泊造成地表水污染，同时土壤中的抗生素通过渗滤作用造成地下水污染[29].2.2 环境中抗生素和ARGs 的关系抗生素的存在诱导了ARGs 的产生. 研究表明ARGs 与其抗生素的使用之间存在相关性，且抗性强度与抗生素含量有关. Xu 等对北京城市污水处理厂和处理后排入的河流中的ARGs 检测结果显示，四环素类抗性基因tetB 和tetW 与四环素类抗生素之间存在明显相关[30].此外，也有研究报道图1 我国不同土壤环境介质中不同种类ARGs 的研究比例分布.Fig. 1 Research distribution for different ARGs in the soil environment of China.184应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol /抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展 2期ARGs 与同族抗生素相关性较弱，而与非同族抗生素浓度相关性则较为普遍，这可能主要与环境中抗生素药物对ARGs 丰度的共选择有关[31]. 梁惜梅等发现珠江口水产养殖区沉积物中抗生素浓度与ARGs 总量存在显著相关性[32]. 抗生素自身在环境中的迁移、转化及归趋等环境行为与其所诱导的抗生素抗性基因的广泛传播具有一致性和相似性[4].但ARGs 产生后并不依存于抗生素，已有研究表明，即使在抗生素污染程度低，甚至是没有污染的地区都有ARGs 的存在. 因为ARGs 的转移和含量变化过程可以不依存于抗生素，ARGs 通过HGT 及其他途径传播扩散，且土壤微生物群落结构会促使ARGs 含量变化[33].微生物对抗生素的降解需携带抗性基因，即耐药菌才能对抗生素具有降解作用. 研究发现耐药细菌能够直接破坏或者修饰抗生素而使其失活，或对抗生素有降解作用. Gautam 等从土壤中提取了480种链霉菌菌株，发现平均每种菌株对7-8种抗生素有耐药性，且其耐药对象还包括新开发出来的抗生素[34]. 抗性基因对新开发抗生素具有耐药性一方面表现了其多重耐药性，另一方面可能是由于菌株在环境适应过程中产生的内在抗性.2.3 环境中ARGs 的传播扩散ARGs 可以在不同大洋和大陆之间传播[35]. 已有研究表明，即使在抗生素污染程度低，甚至是没有污染的地区都有ARGs 的存在. 一方面是水平基因转移使得ARGs 能在不同细菌种群之间扩散，也能通过相邻水域迁移[36]. 北黄海近岸海域水和沉积物中Escherichia coli （E. coli ）和磺胺抗性E. coli （Re-E. coli ）分布和抗性水平显示，ARGs 之间存在水平转移[37]. HGT 包括3种方式：转化（Transformation ）、接合（Conjugative transfer ）和转导（Transduction ）. 基因污染的特殊性使得ARGs 可通过物种间遗传物质的HGT 方式无限制地传播开来，存在于基因转移元件上的ARGs ，更是可以通过自我复制一直存在于微生物群落中，难以控制和消除.另一方面，在土壤环境中有研究表明，HGT 不是土壤中ARGs 含量的主要决定因素. Kevin 等人就一系列农业土壤和草地土壤对18种抗生素的抵抗力进行了功能元基因组筛选，发现土壤细菌很少拥有物种之间ARGs 交换的序列特征. 认为土壤中细菌群落的组成结构是促使ARGs 变化的首要因素[33]. 因此，微生物群落组成结构也是ARGs 产生和传播的原因之一.此外，人类活动对ARGs 的产生和传播是有一定影响的. 通过对原始地区的河流沉积物、农田和城市土壤中的ARGs 进行调查，结果显示，原始地区河流沉积物中ARGs 的种类和数量都明显比农田和城市土壤中低[38]. 受到人为活动干扰的环境中ARGs 的浓度要明显高于未受人类活动干扰地区的浓度. 同时，也有研究表明，原始地区ARGs 的扩散传播途径和农田土壤中ARGs 的扩散传播途径并没有显著差异[39].3 环境中抗生素的降解和ARGs的去除在自然环境中影响环境中抗生素和ARGs 降解的因素主要有光照、温度、微生物作用等. 而人工处理系统中主要开展多种处理工艺对环境中抗生素和ARGs 的去除研究. 本文将ARGs 的去除处理工艺分为物理、化学和生物法.3.1 自然和人工环境中抗生素的降解抗生素自然降解受环境基质类型、微生物种群等因素的影响. 但是由于自身结构性质不同，其在自然界中降解表现不同，一些抗生素易发生生物降解，而一些抗生素则很难被生物降解[40]. Maki 等向养鱼场底泥中分别加入5种抗生素，发现氨比西林、多西霉素、土霉素和甲砜氯霉素均发生了明显的生物降解，而交沙霉素几乎没有发生降解[41]. 研究表明，耐药细菌能够直接破坏或者修饰抗生素而使其失活. Ali 等研究发现菌株GB-01能降解阿维菌素，矿物盐基质中50 mg/L 和100 mg/L 的阿维菌素初始浓度，分别培养30 h 和36 h ，降解率能达90%以上[42].自然环境中光照是影响环境中抗生素残留量的重要因素. 在光照条件下，抗生素不稳定，容易发生光解，最终生成H 2O 、CO 2和其他离子等. 四环素、土霉素、红霉素在模拟日光下均能发生光降解，3 h 的降解率分别达到66.87%、90.55%和 92.80% [43]. 抗生素的光降解过程中，受到pH 、催化剂、初始浓度等因素的影响. 研究发现盐酸四环素的光催化降解与pH 、TiO 2投加量和四环素初始浓度有关，并改变影响因子会使多种抗生素的共同降解产生选择性. 例如四环素与磺胺甲恶唑共同降解时，碱性条件下优先降解四环素[44]. 通过光解实验考察了土霉素在 CTAB 等4种表面活性剂溶液中的光解，发现在自然光照下，纯水和地表水中CTAB 的存在分别使土霉素的光解加快了1.62和4.96倍[45].水解作用是抗生素在环境中降解的重要方式，抗生素中β-内酰胺类、大环内酯类和磺胺类等易溶于水. 氨苄青霉素、头孢噻吩和头孢西丁在环境中水解受pH 和温度影响. 在环境条件（pH = 7，温度为25 ℃）下，半衰期范围5.3-27 d . 自然环境中抗生素的水解对预测抗生素的持久性有重要意义[46]. 水环境和土壤环境中抗生素的降解情况不同，这与水环境和土壤环境中的光照、温度、水分等条件有关，且与抗生素种类有关. 如在土壤环境中，Schlusener MP 等研究了大环内酯抗生素在土壤中的有氧生物降解，实验结果表明红霉素在土壤中的降解半衰期是20 d ，而罗红霉素在整个实验过程中几乎不降解[47]. 而且土壤对抗生素具有一定的吸附作用，会减缓抗生素向水环境转移. 水环境中，在可吸收礁湖肥料水区域的地下水中测不到莫能菌素. 表明莫能菌素在地表有氧层的降解比在无氧条件下的降解要快[48]. 水环境有利于某些抗生素的水解，对抗生素降解有促进作用.人工处理系统中，活性污泥法是对抗生素去除最有效的方法之一. 活性污泥法和膜法工艺中，AB 工艺、氧化沟、膜生物反应器（Membrane bio-reactor ，MBR ）及传统活性污泥法（Conventional activated sludge ，CAS ）等都对抗生素有去除效果. 其中MBR 比CAS 去除效率稍微高效一点[49]，这可能与MBR 工艺实现了水力停留时间（Hydraulic retention time ，HRT ）与污泥停留时间（Sludge retention time ，SRT ）的完全分离相关，运行控制更加灵活稳定且处理高效.以上研究表明，抗生素的降解能力与其自身结构有18521卷 沈怡雯等/ Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报关，自然界中的光照和水解是影响抗生素降解的重要因素和降解途径，废水生化处理系统是抗生素去除的有效方法.3.2 自然和人工环境中ARGs 的去除自然环境中，光照、温度、含氧量与微生物菌群均能影响ARGs 的降解. 如光照可以加速ARGs 的降解[50]. 堆肥过程中sul Ⅰ、sul Ⅱ和erm (B )丰度的变化与温度的变化呈负相关，温度可能是影响磺胺类和大环内酯类抗性基因变化的重要因素[51]. 厌氧有利于ARGs 降解[52]. 研究表明，废水中ARGs 的浓度有明显的季节特征，冬季ARGs 高于夏季，这与抗生素使用和微生物群落组成等有关[53]. 微生物群落组成对ARGs 含量有一定的影响，细菌类型和多样性的变化促使ARGs 含量发生变化[33].人工处理系统中，不同的处理工艺对ARGs 去除效果不一. 我们分析了物理法、化学法和生物法对相同基因的去除效果，见表3. 物理法主要是应用沉淀、过滤和紫外消毒等措施去除ARGs ，去除机理即吸附和光降解等作用. 城市污水厂初沉淀池可明显除去污水中的四环素类ARGs 中tetA 和tetB 基因[54]. 此外，Mckinney 等发现紫外线消毒（UV ）消毒可去除1个数量级的甲氧西林（mecA ）抗性基因，但对万克霉素（vanA ）抗性基因无明显去除[55]. 消毒处理可以消减抗性细菌的总量，但有人发现抗性细菌的比例有所增加[56].化学处理工艺主要有石灰稳定法、臭氧和氯消毒等. Munir 用石灰稳定法处理污泥中四环素类ARGs 和磺胺类ARGs ，sul Ⅰ去除效果高于tetO [57]. Macauley 等比较了养猪废水中氯消毒、UV 和臭氧消毒对金霉素、林可霉素、磺胺甲嘧啶和四环素抗性细菌的去除效果，结果为UV ＞臭氧＞氯[58]. 但是消毒并非对所有ARGs 都有效果.生物处理工艺中活性污泥法、滴滤池、MBR 、厌氧消化和人工湿地等对抗性基因都有去除效果. 从表2可知，滴滤池对tetA 去除效果高于活性污泥法，但差别不大[54]. 四环素类ARGs 和磺胺类ARGs 的去除效果MBR 法好于活性污泥法，且MBR 工艺对耐药菌与抗性基因的去除效果达2.57-7.06 log 单位. 厌氧消化对sul Ⅰ去除效果约0.5 log 单位，tetO 去除效果约1 log 单位[57]. 人工湿地处理3种四环素类ARGs （tetM 、tetO 和tetW ）的结果发现沸石湿地对3种ARGs 的去除效果要好于火山岩湿地. 腐殖土中ARGs 绝对含量要高于红壤，说明腐殖土对ARGs 具有较好的累积能力. 植物的存在减少了土壤中tetM 和tetO 累积量，但是增加了tetW 累积量. 植物对不同环境中的ARGs 的含量具有一定的影响[59].综上可以发现，自然条件下光照和厌氧条件有利于ARGs 的降解；人工处理系统中，不同生化和物化方法对于ARGs 的去除效果各不相同，优化生化处理工艺以提高ARGs 的去除率是当今研究的热点.4 环境中抗生素和抗性基因研究中的问题及未来研究方向抗生素类药物和个人护理品的污染引起人们新的关注. 国内外抗生素和ARGs 在环境中的研究也越来越多，但仍有许多问题有待解决. 在抗生素和ARGs 的环境迁移转化和相关性研究方面，不同种类抗生素和ARGs 之间的相关性有差异，其原因和机理需要进一步揭示；环境介质中ARGs 含量通过HGT 传播扩散，而土壤中ARGs 含量则主要受微生物群落组成结构影响；抗生素和ARGs 在不同的环境介质中都有污染残留，最新的研究表明，在固体废弃物和垃圾渗滤液中也检测出较高水平的抗生素和ARGs [60]，但是其在填埋过程中的变化及控制对策还有待进一步研究. 研究土壤环境（水环境等）中易降解的抗生素及ARGs 种类及迁移转化规律，对于环境中抗生素和ARGs 污染进行控制，降低其含量水平具有重要意义.表3 不同处理工艺对ARGs 的去除效果186应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol /抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展 2期在抗生素和ARGs 的去除研究方面，虽然一些处理技术如紫外消毒和臭氧消毒的效果较好，但是与ARGs 种类是否有关需要进一步探索. 生物处理工艺对污（废）水中抗生素的去除有一定的效果，但并非都有效，如何通过优化处理工艺实现对抗生素和ARGs 的高效去除效果，也是目前和今后值得研究的发展方向. 参考文献 [References]1王丹, 隋倩, 赵文涛, 吕树光, 邱兆富, 余刚. 中国地表水环境中药物和个人护理品的研究进展[J]. 科学通报, 2014, 59 (9): 743-751 [Wang D, Sui Q, Zhao WT, Lv HG, Qiu ZF, Yu G. 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黄圣琳 ，何势 ，魏欣 ，薛罡 ２ ，高品 ，
（ 东华大 学环 境工程与科学 学院， 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ； 。 国家环 境保 护纺织工业污染 防治工程技术中心 ， 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ）
摘要 ：四环素 类抗生素 以其突 出的抗茵性能和较低 的副作用 而被 广泛用 于细菌感 染疾 病的治疗和控 制，污水处 理 系统作为环境 中四环素 类抗生素及 其抗性基 因的一个 重要 污染点源 ， 已引起 广泛 关注。尽管如此 ， 目前 关于 四环 素类抗 生素 在 污水处理过程 中的降解行为及 影响 因子 ，及 其对降解微 生物抗 药性 的选择 性效应 方面的研 究 还较 少。在分析 总结 国内外四环素 类抗 生素 污染现 状基础上 ，对 污水处理 过程 中四环素 类抗生素的去 除行为及 影 响因素等进行 分析 ，探 讨 了其抗 性基 因在 污水处理过程 中的污染特征 ，同时分析 了四环素类抗生素对 其抗性
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基 因的诱导 、演变和传播 的影响 ，并对 今后的研 究发展 方 向进行 了展望 ，以期为从 污水处 理 系统达到控 制和去 除四环素类抗生素及其抗 性基 因提 供方 向和依据 。
关键 词：污水处理厂 ；四环素 类抗生素 ；四环素 抗性基 因； 污染特征
中图分类号：Ｘ ７ ８ ７ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０—６ ６ １ ３（ ２ ０ １ ５） ０ ６—１ ７ ７ ９—０ ７
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２ ０ １ ５年 第 ３ ４卷第 ６ 期
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展
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