抗生素在我國水生環(huán)境中的研究進展

朱潔 孟香港

摘 要：抗生素作為一種具有新型特性的污染物，已受到全人類的廣泛關(guān)注。目前抗生素在生活和醫(yī)藥上的濫用給人類生活帶來了許多不良的環(huán)境問題，如果再不加以監(jiān)督和管控，人類將步入前所未有的“后抗生素時代”。本文主要從抗生素的基本特征、使用現(xiàn)狀及在我國水生環(huán)境中的研究進展展開敘述，并在結(jié)尾對抗生素未來研究做出了相應(yīng)展望。

關(guān)鍵詞：抗生素;現(xiàn)狀;我國;水生環(huán)境

抗生素是細菌、霉菌或其他微生物在生命過程中產(chǎn)生的次級代謝物，目前已廣泛應(yīng)用于人類保健、家禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜牧業(yè)等領(lǐng)域，極大地改善了人類生活，促進人類社會的發(fā)展[1]。但由于抗生素的廣泛濫用，給人類的生活及環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)造成了較嚴重的污染問題，其在環(huán)境中帶來的危害也漸漸受到了人們的重視。通過綜合分析大量數(shù)據(jù)，目前全人類的抗生素使用量和產(chǎn)量都有了大幅增長，尤其是在我國，每年抗生素的總使用量約為15萬噸到20萬噸，占世界使用量的一半，給人類的健康構(gòu)成巨大威脅[2]。同時，由于我國抗生素的過度生產(chǎn)和濫用，我國地表水體和土壤均受到了不同程度的污染，制藥企業(yè)廢水、生活污水、養(yǎng)殖業(yè)廢水等是我國水生環(huán)境中抗生素的主要污染來源。本文針對了抗生素在水生環(huán)境中的污染這一問題，結(jié)合國內(nèi)、外最新文獻，對抗生素的相關(guān)研究進行了綜述，簡單介紹了抗生素的不同種類在我國水生環(huán)境中的分布情況，并在文末提出了抗生素相關(guān)研究的意見與建議。

1 抗生素種類及其基本特征

根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)，抗生素可分為大環(huán)內(nèi)酯、磺胺、β內(nèi)酰胺、喹諾酮類、四環(huán)素、氨基糖苷和肽[3]。β-內(nèi)酰胺主要通過抑制細胞壁粘附肽的合成來抑制細胞壁粘附肽的合成，使細胞壁缺陷，細菌膨脹并分解，毒性較低，主要應(yīng)用于繁殖期殺菌劑。氨基糖苷主要抑制細菌蛋白質(zhì)的合成，多用作靜止期殺菌劑，對人體的聽神經(jīng)和腎造成一定毒性作用，使用受到相應(yīng)限制。喹諾酮類主要有諾氟沙星、環(huán)丙沙星、氧氟沙星、氟羅沙星等，通過抑制DNA螺旋酶的作用，從而干擾DNA超螺旋結(jié)構(gòu)的結(jié)旋，阻礙DNA的復(fù)制和合成，導(dǎo)致細菌死亡，具有較強的抗菌活性和生物利用度。四環(huán)素是一種廣譜抗生素，通過抑制細菌肽鏈的生長，影響蛋白質(zhì)的合成?；前肪哂袕V泛的抗菌光譜，主要抑制細菌的二氫葉酸合成酶，它抑制大多數(shù)革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌，可以有效預(yù)防動物疾病。目前，抗生素在水中的污染越來越嚴重。不同類型的抗生素會對水生生物造成不同程度的危害。

2 環(huán)境中抗生素來源及其遷移途徑

目前，由于抗生素種類作用多，使用范圍大，分布區(qū)域廣，經(jīng)過大量學(xué)者的研究和檢測，在我國污水處理廠、地表水、沉積物、土壤和生物樣品等各環(huán)境介質(zhì)中都檢出了抗生素，甚至在地下水和飲用水中也能發(fā)現(xiàn)抗生素的少量存在?？股鼐唧w來源及其遷移途徑如圖1所示。

3 我國典型水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是內(nèi)陸水域中重要組成部分，和人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。目前，抗生素對湖泊河流的污染已經(jīng)非常普遍，研究抗生素污染現(xiàn)狀及其對湖泊的生態(tài)危害，對人類的生態(tài)安全和健康有著重大的意義。

在我國不同地區(qū)，抗生素的成分在時間和空間上存在著明顯的差異，這一分布差異與當?shù)乜股氐氖褂昧俊⒂猛?，制藥工業(yè)的運作模式，畜牧業(yè)模式等息息相關(guān)。不同地區(qū)情況不同，抗生素種類分布及其污染狀況也存在著各種差異。圖2顯示了我國水生環(huán)境中四環(huán)素類、喹諾酮類、磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類四種典型的抗生素分布。

由圖可知，東部地區(qū)相比于西部地區(qū)受到抗生素普遍污染，且京津冀地區(qū)和東部沿海地區(qū)受到抗生素的污染最為嚴重。由于我國東部經(jīng)濟發(fā)展迅速，醫(yī)療，生活水平較高，抗生素應(yīng)用明顯高于西部地區(qū)，且東部地區(qū)水資源豐富，河流、湖泊地下暗河眾多，支流密集，導(dǎo)致抗生素污染主要集中在東部地區(qū)。由圖2可以得知，在京津冀地區(qū)（第53號），喹諾酮類（QNs）和磺胺類（SAs）是水生環(huán)境中主要的一類抗生素，其次是大環(huán)內(nèi)酯類（MAs）和四環(huán)素類（TCs），與長江地區(qū)（第29號和第64號）相似;而在珠江三角洲（第78號和第79號），大環(huán)內(nèi)酯類（MAs）和磺胺類（SAs）是水中抗生素的主要種類，其次是喹諾酮類（QNs）和四環(huán)素類（TCs）;此外，大環(huán)內(nèi)酯類（MAs）是遼河地區(qū)主要的一類抗生素（第33號）。在京津冀地區(qū)（第53號），喹諾酮類（QNs）和磺胺類（SAs）是水生環(huán)境中主要的一類抗生素，其次是大環(huán)內(nèi)酯類（MAs）和四環(huán)素類（TCs），與長江地區(qū)（第29號和第64號）相似;而在珠江三角洲（第78號和第79號），大環(huán)內(nèi)酯類（MAs）和磺胺類（SAs）是水中抗生素的主要種類，其次是喹諾酮類（QNs）和四環(huán)素類（TCs）;此外，大環(huán)內(nèi)酯類（MAs）是遼河地區(qū)主要的一類抗生素（第33號）。

洪湖是長江中游洪湖縣的典型湖泊，面積占據(jù)350平方公里，平均水深為1.5米，為大型淺層富營養(yǎng)化湖泊。湖泊與四湖的主航道相連，是四湖流域的主要排水通道。洪湖上游河道面積為 1.04×104 km2，居住著 570萬多名的居民，800萬頭豬，1.4億只家禽。由于抗生素在育種、醫(yī)藥等方面的廣泛應(yīng)用生活中的大量廢水及養(yǎng)殖場排泄物等的排入，造成洪湖水域嚴重的抗生素污染。Wang等[4]對洪湖、洪湖及其水系、池塘水體中13種抗生素（四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類）的發(fā)生及時空分布進行了研究。研究表明：四環(huán)素、土霉素、和磺胺嘧啶是3種當?shù)氐貐^(qū)的主要抗生素，其余10種含量較低（表1）。

劉等[5]先后調(diào)查了長江三角洲、珠江三角洲、黃河三角洲及江漢平原、巢湖流域等地區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，長江三角洲的抗生素含量居于首位。水合過程中大環(huán)內(nèi)酯的濃度為381.5 ng·l-1，四環(huán)素的濃度為137.4 ng·l-1，大環(huán)內(nèi)酯含量旱季為4.0ng·L≤1，四環(huán)素類旱季為15.8ng·L≤1。，二者差異巨大。另外，長江三角洲區(qū)域的大環(huán)內(nèi)酯類，喹諾酮類和氯霉素類7月份含量分別為4.8ng·L-1，12ng·L-1，116.3ng·L-1。究其原因，長江三角洲地區(qū)的水產(chǎn)養(yǎng)殖中大量使用抗生素，直接排泄污水等進入水環(huán)境。長江三角洲形成的泥沙從上游吸附積累了大量抗生素，它也是導(dǎo)致抗生素污染的重要原因之一。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，抗生素普遍存在于我們?nèi)祟惿畹沫h(huán)境之中，其對生態(tài)系統(tǒng)造成的直接或間接影響對整個生物圈的潛在危害是我們不容忽視的。近年來，國內(nèi)外對抗生素的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究已有了很大進展，但仍有一些問題需要繼續(xù)進行深入的研究。

（1）目前全球大多數(shù)污水處理廠、飲用水處理廠都還未掌握并運用有效的抗生素處理工藝。因此，今后應(yīng)加強抗生素檢測技術(shù)和水處理技術(shù)的研究。

（2）關(guān)于抗生素在水環(huán)境中的研究缺乏一定的系統(tǒng)性與完整性。一個完整的湖泊生態(tài)系統(tǒng)包括底棲食物網(wǎng)和遠洋食物網(wǎng)，而目前大多數(shù)研究多為對單種水生生物的試驗研究，忽視了抗生素濃度在水生生物之間由于捕食與被捕食的關(guān)系而出現(xiàn)遞增或遞減的可能性。因此，未來應(yīng)加強抗生素在湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的綜合研究。

（3）目前，抗生素的影響、抗生素耐藥基因的污染以及抗生素與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用已成為人們關(guān)注的焦點。抗生素污染存在于世界各地的各種環(huán)境中，各國和地區(qū)有關(guān)抗生素污染的信息不足。因此，建立和發(fā)展全球抗生素污染數(shù)據(jù)庫成為未來發(fā)展的必要趨勢，同時，可以通過制定不同環(huán)境和氣候條件下的抗生素污染標準和準則，以減少抗生素污染和生態(tài)風(fēng)險。

參考文獻：

[1]章強，辛琦，朱靜敏，等.中國主要水域抗生素污染現(xiàn)狀及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進展[J].環(huán)境化學(xué)，2014，33（7）：1075-1083.

[2]Wang Z，Du Y，Yang C，etal.Occurrence and ecological hazard assessment of selected antibiotics in the surface waters in and around Lake Honghu，China[J].Science of the Total Environment，2017，609：1423-1432.

[3]高立紅，史亞利，厲文輝，等.抗生素環(huán)境行為及其環(huán)境效應(yīng)研究進展[J].環(huán)境化學(xué)，2013，32（09）：1619-1633.

[4]Wang Z，Du Y，Yang C，etal.Occurrence and ecological hazard assessment of selected antibiotics in the surface waters in and around Lake Honghu，China[J].Science of the Total Environment，2017，609：1423-1432.

[5]劉昔，王智，王學(xué)雷，李珍，楊超，厲恩華，位慧敏.我國典型區(qū)域地表水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀及其生態(tài)風(fēng)險評價[J/OL].環(huán)境科學(xué)，2019（05）：1-13.

[6]Xu W H，Zhang G，Zou S C，et al.Determination of selected antibiotics in the Victoria Harbour and the Pearl river，South China using high-performance liquid chromatography-electrospray ionization tandem mass spectrometry[J].Environmental Pollution，2007，145（3）：672-679.

[7]Zou S，Xu W，Zhang R，etal. Occurrence and distribution of antibiotics in coastal water of the Bohai Bay，China：impacts of river discharge and aquaculture activities[J].Environmental Pollution，2011，159（10）：2913-2920.

[8]張瑞杰，張干，鄭芊，等.喹諾酮類抗生素在萊州灣及主要入海河流中的含量和分布特征[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2012，31（1）：53-61.

[9]Xu W H，Zhang G，Zou S C，etal.A preliminary investigation on the occurrence and distribution of antibiotics in the Yellow River and its tributaries，China[J].Water Environment Research，2009，81（3）：248-254.

[10]伍婷婷，張瑞杰，王英輝，等.邕江南寧市區(qū)段表層沉積物典型抗生素污染特征[J].中國環(huán)境科學(xué)，2013，33（2）：336-344.

[11]Zhou L J，Ying G G，Zhao J L，etal. Trends in the occurrence of human and veterinary antibiotics in the sediments of the Yellow River，Hai River and Liao River in northern China[J].Environmental Pollution，2011，159（7）：1877-1885.

[12]Yang J F，Ying G G，Zhao J L，etal. Simultaneous determination of four classes of antibiotics in sediments of the Pearl Rivers using RRLC-MS/MS[J].Science of the Total Environment，2010，408（16）：3424-3432.

[13]Li W H，Shi Y L，Gao L H，etal.Occurrence of antibiotics in water，sediments，aquatic plants，and animals from Baiyangdian Lake in North China[J].Chemosphere，2012，89（11）：1307-1315.