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。108··DOI:10.19672/j.cnki.1003-6504.2007.03.040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