四環(huán)素類抗生素的環(huán)境行為研究進(jìn)展

楊軼博　李莉　王新爽

【摘 要】在中國，四環(huán)素類抗生素的生產(chǎn)和使用量居各類獸藥之首。其殘留在環(huán)境中而發(fā)生的各種環(huán)境行為，對(duì)環(huán)境和生態(tài)所造成的危害已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文著重對(duì)四環(huán)素類抗生素的吸附，遷移，降解等環(huán)境行為研究進(jìn)行相關(guān)綜述，揭示其環(huán)境行為，為此類藥物的污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】抗生素；吸附；遷移；降解

Progress on Residues and Environmental Behaivor of Tetracycline Antibiotics

YANG Yi-bo LI Li WANG Xin-shuang

（Jilin Agricultural University， Changchun Jilin 130118， China）

【Abstract】The production and use of tetracycline antibiotics in the first of all kinds of veterinary drugs in china. Tetracycline antibiotics residues in the environment and the occurrence of a variety of environmental behavior， environmental and ecological damage caused by the community has aroused widespread concern. This paper focuses on the adsorption of tetracycline antibiotics were related to migration， research on degradation of environmental behavior， reveal its environmental behavior， and provide scientific basis for the prevention and control of pollution of this kind of drugs.

【Key words】Antibiotics； Sorportion； Migration； Degradation

0 引言

中國在不斷發(fā)展畜禽養(yǎng)殖業(yè)的同時(shí)，對(duì)于獸藥抗生素的需求量也越來越高。而四環(huán)素類藥物的生產(chǎn)和使用量居各類獸藥之首。2003年，中國對(duì)土霉素的產(chǎn)量達(dá)到了10000t，占當(dāng)時(shí)世界總產(chǎn)量的65%。在生產(chǎn)和使用的同時(shí)，中國也是四環(huán)素類藥物的銷售大國。2008年四環(huán)素類藥物的出口量達(dá)到1.34萬t[1]。

四環(huán)素類抗生素（Tetracyclines）是由放線菌產(chǎn)生的一類廣譜抗生素，包括四環(huán)素（Tetracycline），金霉素（Chlortetracycline），土霉素（Oxytetracycline）及半合成衍生物美他環(huán)素，強(qiáng)力霉素，米諾霉素等。其廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖中，具有防治禽畜疾病及促進(jìn)生長等作用。但被動(dòng)物食用后，不能被肌體完全吸收，絕大部分以原藥或代謝產(chǎn)物隨著糞便和尿液排出體外[2]。在土壤、水等環(huán)境介質(zhì)甚至動(dòng)物食品中均檢測(cè)到殘留，其殘留及環(huán)境行為受到人們關(guān)注。

1 四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中的吸附

抗生素在環(huán)境中的吸附是常見的環(huán)境行為之一，其體現(xiàn)了抗生素與環(huán)境介質(zhì)間的相互作用，亦對(duì)抗生素在環(huán)境中的遷移，降解等其他環(huán)境行為產(chǎn)生影響。

通過對(duì)抗生素在土壤中的吸附行為研究，得知其在土壤表面的吸附存在多種方式。如物理吸附、化學(xué)吸附、氫鍵結(jié)合、配位鍵結(jié)合等。吸附能力的強(qiáng)弱與土壤特性，及抗生素本身化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)有關(guān)[3]。長時(shí)間以來，由于向土壤中施加糞肥等因素，四環(huán)素類抗生素也隨之進(jìn)入土壤，其去向與土壤對(duì)其的吸附強(qiáng)度存在密切關(guān)系。近年來，單一的土壤性質(zhì)對(duì)四環(huán)素類抗生素的吸附解吸行為研究較多，Jones等[4]從土壤對(duì)土霉素的吸附研究中發(fā)現(xiàn)，土壤的有機(jī)碳含量，顆粒組成，陽離子交換量等因素都可對(duì)吸附量產(chǎn)生影響。也有研究發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素極易在粘性土壤中吸附，且遷移性幾乎沒有。粘性土壤對(duì)金霉素的吸附量高于砂壤土。對(duì)于四環(huán)素類抗生素在不同土壤中的吸附，Sassman等[5]在研究時(shí)也得到了相似結(jié)論，四環(huán)素類抗生素在土壤中的吸附量多受土壤pH、有機(jī)碳含量，機(jī)械組成等因素影響，且其易被土壤吸附。

2 四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中的遷移

在雨水的淋溶、地表徑流，滲濾等作用下，抗生素在土壤中經(jīng)過遷移進(jìn)入到地表水或地下水，對(duì)水環(huán)境造成威脅。一般研究表明，如在環(huán)境中吸附能力較弱，則在淋溶、地表徑流等作用下，更易向地下水和地表水中遷移，對(duì)水環(huán)境造成威脅。對(duì)于抗生素在環(huán)境中的遷移多與其自身光穩(wěn)定性、鍵合和土壤性質(zhì)有關(guān)。普錦成等[6]的研究表明，在砂質(zhì)土壤中土霉素的遷移要比其在粘質(zhì)土壤中明顯。Kay[7]等用土柱淋溶試驗(yàn)研究了對(duì)土霉素的遷移規(guī)律，其中在土柱的滲濾液中未測(cè)到土霉素，但在整個(gè)土柱中均能測(cè)到土霉素含量，表明四環(huán)素類抗生素具有一定的遷移能力。

3 四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中的降解

3.1 四環(huán)素類抗生素的生物降解

抗生素的生物降解多表現(xiàn)為微生物降解和植物降解。其微生物降解過程就是在微生物作用下，結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)被改變。化合物由大分子被降解為小分子，并最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。另外也有研究指出乳酸菌、放線菌、酵母菌、光合菌、硝化細(xì)菌等同樣能使抗生素降解[8]。其中在堆肥過程中，向外源添加有益降解菌可促進(jìn)四環(huán)素類抗生素的降解[9]。秦莉等[10]研究了堆肥中外源復(fù)合菌系對(duì)金霉素的降解作用。結(jié)果表明，堆肥過程中，通過接種外源復(fù)合菌系，金霉素的降解率達(dá)到82.23%，比未接種外源復(fù)合菌系的金霉素降解率約提升22.23%。

抗生素生物降解的另一種則是植物降解，關(guān)于四環(huán)素類抗生素在植物中的降解學(xué)者也有大量研究。Grote M[11]等研究植物對(duì)金霉素的吸收中發(fā)現(xiàn)，金霉素被冬小麥根部吸收，進(jìn)而轉(zhuǎn)移至莖葉，最后甚至可進(jìn)入到果實(shí)中。Kumar[12]等用甘藍(lán)、玉米和葉用洋蔥研究植物對(duì)金霉素的吸收。結(jié)果表明，這三種植物不僅能吸收金霉素，且隨金霉素濃度的增大其吸附量也隨之增大。通過研究植物對(duì)抗生素的降解行為，也為抗生素在土壤中的污染治理開拓了新思路。

3.2 四環(huán)素類抗生素的非生物降解

四環(huán)素類抗生素的非生物降解包括光解，水解以及氧化降解等方式。光降解是四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中常見降解途徑之一。其反應(yīng)機(jī)理一般認(rèn)為是分子吸收光能變成激發(fā)態(tài)而引發(fā)各種反應(yīng)。通過研究得到，土霉素和金霉素都具有光解特性[13]。且通過NaCl和TiO2等強(qiáng)光敏劑的作用，也可加速四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中的降解[8]。

水解是四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中另一典型的降解途徑。一般認(rèn)為，溫度及pH對(duì)水中抗生素的降解會(huì)產(chǎn)生顯著影響，且在不同水環(huán)境中降解速率也存在差異。鄭麗英[14]對(duì)不同pH，不同溫度及不同水環(huán)境中金霉素在的降解作用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，金霉素是較易水解的，其在酸性條件下的水解速率明顯低于堿性及中性條件，而室溫20℃時(shí)的水解速率也遠(yuǎn)底于高溫70℃。得到pH和溫度對(duì)其水解速率的影響較明顯。另外，由于在環(huán)境水體中各種降解過程對(duì)金霉素綜合作用，金霉素在環(huán)境水體中的降解明顯比在水解試驗(yàn)中速率要快。

四環(huán)素類抗生素除了光解及水解，也有研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)氧化劑同樣可使四環(huán)素類抗生素發(fā)生降解。如四環(huán)素類抗生素在臭氧的強(qiáng)氧化作用下，降解率有明顯提升。Wu等[15]在研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)20mg·L-1的四環(huán)素進(jìn)行5min臭氧處理，可完全降解。

4 結(jié)語

積蓄在動(dòng)物食品中，又或是在環(huán)境介質(zhì)中的抗生素，不但污染環(huán)境，對(duì)動(dòng)植物生長產(chǎn)生影響。其也可通過食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重威脅人類健康?？股氐奈廴疽呀?jīng)得到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，對(duì)其研究也開始逐步系統(tǒng)建立起來，目前雖已取得了一定成果。但對(duì)于抗生素在環(huán)境中存在的各種問題，仍將有很長的一段路要走。

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[責(zé)任編輯：湯靜]