環(huán)境中抗生素的污染現(xiàn)狀及危害

李紅燕，陳興漢

（陽(yáng)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與環(huán)境工程系，廣東 陽(yáng)江 529566）

近年來(lái)，對(duì)于環(huán)境中抗生素污染研究逐步增多，其中我國(guó)對(duì)于環(huán)境中抗生素的研究總體呈現(xiàn)北方多、南方少的特征。因此，本文以環(huán)境中抗生素污染及危害作為研究對(duì)象，研究結(jié)果可為環(huán)境中抗生素污染和危害普查提供科學(xué)依據(jù)。

1　抗生素生產(chǎn)使用現(xiàn)狀

抗生素主要應(yīng)用在人類(lèi)、禽畜的疾病預(yù)防與治療、農(nóng)業(yè)病害防治以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年，美國(guó)抗生素使用總量約為16 200 t，70%左右用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)[1]。澳大利亞每年使用的抗生素中有56%用于飼料添加劑，有36%用于人類(lèi)疾病防治，而另8%用于獸藥[2]。我國(guó)更是抗生素生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)，主要使用的種類(lèi)包括青霉素類(lèi)、頭孢菌素類(lèi)、β-內(nèi)酰胺酶抑制劑類(lèi)、氨基糖苷類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)、喹諾酮類(lèi)、抗結(jié)核類(lèi)、抗病毒類(lèi)等。2009年，我國(guó)抗生素的年產(chǎn)量就已達(dá)到14.7萬(wàn)t，抗生素品種達(dá)到181個(gè)，生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到120家，市場(chǎng)規(guī)模約600億元，居世界首位[3]。同時(shí)，我國(guó)也是抗生素的消費(fèi)大國(guó)，而且存在明顯的濫用情況。以醫(yī)療用抗生素為例，西方國(guó)家抗生素占藥物處方的比例僅為30%，而在我國(guó)這一比例高達(dá)70%[2]。

除醫(yī)療用抗生素外，為促進(jìn)禽畜生長(zhǎng)，改善禽畜生肉類(lèi)的品質(zhì)，在養(yǎng)殖業(yè)（如畜牧業(yè)養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等）方面，我國(guó)也大量使用抗生素。每年養(yǎng)殖業(yè)使用的抗生素占我國(guó)抗生素使用量的50%左右，以四環(huán)素和土霉素為主[4]。抗生素在人類(lèi)、禽畜體內(nèi)的代謝率極低，進(jìn)入人類(lèi)、禽畜體內(nèi)后，大部分（＞70%）以原形形式排入環(huán)境。

隨生活、生產(chǎn)廢水進(jìn)入污水廠的抗生素，由于得不到有效去除（目前我國(guó)尚無(wú)針對(duì)抗生素的環(huán)境質(zhì)量和排放標(biāo)準(zhǔn)），絕大部分進(jìn)入地表水而污染水源水（飲用水），并通過(guò)水循環(huán)污染地下水[5]。隨醫(yī)療廢物等進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)的抗生素，可通過(guò)滲濾液下滲作用污染地下水。長(zhǎng)期使用抗生素的魚(yú)塘的底泥、含抗生素的禽畜糞便和污水廠污泥可作為有機(jī)肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使得抗生素進(jìn)入農(nóng)田土壤，通過(guò)食物鏈傳遞和累積效應(yīng)對(duì)人體健康造成極大威脅。環(huán)境中抗生素的歸宿如圖1所示[6]。

圖1　抗生素在環(huán)境中的歸宿

2　抗生素污染現(xiàn)狀

目前，抗生素已在水、土壤、動(dòng)物、植物樣品中被廣泛檢出。水環(huán)境中，抗生素在地表水、地下水（甚至深達(dá)幾百米）中被廣泛檢出。Sacher等采集了德國(guó)108個(gè)地下水樣進(jìn)行分析測(cè)試，結(jié)果顯示，這些水樣中有60種抗生素被檢出，含量水平在μg/L級(jí)別[7]。2009年，Tong L等研究發(fā)現(xiàn)，湖北省多處地下水和地表水中含有多種典型喹諾酮類(lèi)抗生素，地表水中的喹諾酮類(lèi)抗生素含量（0.01 μg/L水平）顯著大于地下水中的含量（0.001 μg/L水平）[8]。孫廣大對(duì)廈門(mén)地表水水質(zhì)分析的研究也顯示地表水受到抗生素的污染[9]。除了人為活動(dòng)頻繁地區(qū)地表水中能夠檢測(cè)出抗生素，一些背景區(qū)的地表水中也檢測(cè)到抗生素污染。Golet E M等在瑞士格拉特山谷分水嶺的溪流中就檢測(cè)到ng/L級(jí)別的喹諾酮類(lèi)抗生素[10]。

除水環(huán)境外，抗生素在糞便、土壤和農(nóng)作物中也被廣泛檢出。馬驛研究發(fā)現(xiàn)豬糞中抗生素的總濃度竟達(dá)10.83 mg/kg[11]。張勁強(qiáng)在雞糞、牛糞和豬糞中也檢測(cè)到含量較高的抗生素（1.57～6.29 mg/kg），施用含抗生素的污泥或禽畜糞便后，土壤受到嚴(yán)重的抗生素污染，污染具有持久性[12]。人們?cè)谟?guó)和加拿大土壤中檢測(cè)出磺胺類(lèi)抗生素、四環(huán)素類(lèi)抗生素和大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素等多種抗生素[13]。周啟星等對(duì)北方農(nóng)田土壤的抗生素調(diào)查結(jié)果顯示，普通土壤中抗生素含量在μg/kg級(jí)別，而施用有機(jī)肥料的土壤中抗生素含量較高，變化范圍廣，在μg/kg級(jí)別和mg/kg級(jí)別之間浮動(dòng)，其中磺胺二甲基嘧啶在土壤中的含量高可達(dá)900 mg/kg[14]。南方施用有機(jī)肥料的某蔬菜基地土壤中含有抗生素，李彥文等人研究發(fā)現(xiàn)，蔬菜基地土壤中，抗生素含量值達(dá)到幾百微克每千克的水平[15]。邰義萍等對(duì)珠江三角洲土壤中抗生素的研究結(jié)果顯示，珠三角土壤甚至是高品級(jí)蔬菜基地土壤（如無(wú)公害蔬菜生產(chǎn)基地、綠色蔬菜生產(chǎn)基地和有機(jī)蔬菜生產(chǎn)基地）中普遍檢出喹諾酮、四環(huán)素和磺胺類(lèi)抗生素，含量水平在幾十到幾百微克每千克[16]。

抗生素可通過(guò)污泥農(nóng)用化、有機(jī)肥施用以及灌溉水的形式進(jìn)入農(nóng)田土壤系統(tǒng)，造成土壤中抗生素污染，導(dǎo)致蔬菜吸收積累抗生素，進(jìn)而通過(guò)食物鏈威脅人類(lèi)健康。不同植物品種對(duì)土壤中抗生素的累積效應(yīng)不同，植物對(duì)抗生素的積累量均隨土壤中抗生素含量增加而增加。Lillenberg等研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜、大麥、生菜三種植物均可吸收積累環(huán)丙沙星與恩諾沙星抗生素[17]。

吳小蓮對(duì)廣州市和東莞市蔬菜中喹諾酮類(lèi)抗生素的研究顯示，4種喹諾酮類(lèi)抗生素化合物（環(huán)丙沙星、恩諾沙星、諾氟沙星和洛美沙星）的檢出率均大于90%，總含量（干重）平均值分別為74.38 μg/kg（廣州）和46.34 μg/kg（東莞）；不同品種蔬菜中以瓜果類(lèi)蔬菜抗生素含量（均值為91.29 μg/kg）最高，以葉菜類(lèi)蔬菜抗生素含量最低（均值為52.30μg/kg）；不同等級(jí)蔬菜以綠色蔬菜抗生素含量（均值104.49 μg/kg）最高，以普通蔬菜抗生素含量（均值 61.23 μg/kg）最低[18]。

3　環(huán)境中抗生素殘留的危害

由于抗生素的抗菌活性和功能性基團(tuán)，進(jìn)入環(huán)境中的抗生素可對(duì)微生物和動(dòng)物、植物的生長(zhǎng)、發(fā)育造成顯著的毒害作用。恩諾沙星顯著抑制土壤中的細(xì)菌和放線菌，濃度越大，抑制作用越強(qiáng)[19]。金彩霞等利用急性毒性試驗(yàn)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，較低濃度的抗生素即可對(duì)植物幼苗生長(zhǎng)造成顯著抑制[20]。研究發(fā)現(xiàn)，在土壤栽培條件下1 mg/kg濃度的恩諾沙星、土霉素即可顯著抑制蘿卜生長(zhǎng)，但相同濃度的磺胺嘧啶等對(duì)蘿卜的生長(zhǎng)則沒(méi)有影響[21-22]。除對(duì)微生物、動(dòng)物、植物有顯著的毒害作用外，抗生素對(duì)人體也有較強(qiáng)的負(fù)面作用。兒童誤服諾氟沙星可引發(fā)腹瀉、發(fā)熱、煩躁等一系列不良反應(yīng)[23]。Ramirez A J等研究發(fā)現(xiàn)，抗生素對(duì)人體消化吸收系統(tǒng)有嚴(yán)重危害[24]。研究結(jié)果顯示，濫用諾氟沙星可導(dǎo)致過(guò)敏性休克、面部色素沉著、重癥肌無(wú)力、精神障礙等不良反應(yīng)狀態(tài)。同時(shí)，抗生素對(duì)孕婦和胎兒的危害尤為嚴(yán)重，可造成胎兒畸形、器官功能異常和溶血性貧血等癥[25]。值得注意的是，濫用抗生素會(huì)導(dǎo)致的致病菌突變而獲得抗性基因，成為當(dāng)前最為嚴(yán)重的環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年因抗生素濫用而導(dǎo)致的致病菌耐藥性，直接或間接造成大約9萬(wàn)人死亡。世界衛(wèi)生組織2011年的研究報(bào)告指出，新增44萬(wàn)例耐藥結(jié)核菌病例，這造成每年至少15萬(wàn)人死亡。