抗生素在我國水生環境中的研究進展

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注。目前抗生素在生活和醫藥上的濫用給人類生活帶來了許多不良的環境問題，如果再不加以監督和管控，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、使用現狀及在我國水生環境中的研究進展展開敘述，并在結尾對抗生素未來研究做出了相應展望。

關鍵詞：抗生素;現狀;我國;水生環境

抗生素是細菌、霉菌或其他微生物在生命過程中產生的次級代謝物，目前已廣泛應用于人類保健、家禽養殖、水產養殖和畜牧業等領域，極大地改善了人類生活，促進人類社會的發展[1]。但由于抗生素的廣泛濫用，給人類的生活及環境生態系統造成了較嚴重的污染問題，其在環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據，目前全人類的抗生素使用量和產量都有了大幅增長，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，給人類的健康構成巨大威脅[2]。同時，由于我國抗生素的過度生產和濫用，我國地表水體和土壤均受到了不同程度的污染，制藥企業廢水、生活污水、養殖業廢水等是我國水生環境中抗生素的主要污染來源。本文針對了抗生素在水生環境中的污染這一問題，結合國內、外最新文獻，對抗生素的相關研究進行了綜述，簡單介紹了抗生素的不同種類在我國水生環境中的分布情況，并在文末提出了抗生素相關研究的意見與建議。

1 抗生素種類及其基本特征

根據其化學結構，抗生素可分為大環內酯、磺胺、β內酰胺、喹諾酮類、四環素、氨基糖苷和肽[3]。β-內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，主要應用于繁殖期殺菌劑。氨基糖苷主要抑制細菌蛋白質的合成，多用作靜止期殺菌劑，對人體的聽神經和腎造成一定毒性作用，使用受到相應限制。喹諾酮類主要有諾氟沙星、環丙沙星、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超螺旋結構的結旋，阻礙DNA的復制和合成，導致細菌死亡，具有較強的抗菌活性和生物利用度。四環素是一種廣譜抗生素，通過抑制細菌肽鏈的生長，影響蛋白質的合成。磺胺具有廣泛的抗菌光譜，主要抑制細菌的二氫葉酸合成酶，它抑制大多數革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌，可以有效預防動物疾病。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，分布區域廣，經過大量學者的研究和檢測，在我國污水處理廠、地表水、沉積物、土壤和生物樣品等各環境介質中都檢出了抗生素，甚至在地下水和飲用水中也能發現抗生素的少量存在。抗生素具體來源及其遷移途徑如圖1所示。

3 我國典型水環境中抗生素污染現狀

湖泊生態系統是內陸水域中重要組成部分，和人類的生產生活密切相關。目前，抗生素對湖泊河流的污染已經非常普遍，研究抗生素污染現狀及其對湖泊的生態危害，對人類的生態安全和健康有著重大的意義。

在我國不同地區，抗生素的成分在時間和空間上存在著明顯的差異，這一分布差異與當地抗生素的使用量、用途，制藥工業的運作模式，畜牧業模式等息息相關。不同地區情況不同，抗生素種類分布及其污染狀況也存在著各種差異。圖2顯示了我國水生環境中四環素類、喹諾酮類、磺胺類和大環內酯類四種典型的抗生素分布。

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

洪湖是長江中游洪湖縣的典型湖泊，面積占據350平方公里，平均水深為1.5米，為大型淺層富營養化湖泊。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、醫藥等方面的廣泛應用生活中的大量廢水及養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（四環素類、磺胺類、喹諾酮類）的發生及時空分布進行了研究。研究表明：四環素、土霉素、和磺胺嘧啶是3種當地地區的主要抗生素，其余10種含量較低（表1）。

劉等[5]先后調查了長江三角洲、珠江三角洲、黃河三角洲及江漢平原、巢湖流域等地區，結果發現，長江三角洲的抗生素含量居于首位。水合過程中大環內酯的濃度為381.5 ng·l-1，四環素的濃度為137.4 ng·l-1，大環內酯含量旱季為4.0ng·L≤1，四環素類旱季為15.8ng·L≤1。，二者差異巨大。另外，長江三角洲區域的大環內酯類，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，長江三角洲地區的水產養殖中大量使用抗生素，直接排泄污水等進入水環境。長江三角洲形成的泥沙從上游吸附積累了大量抗生素，它也是導致抗生素污染的重要原因之一。

4 結論與展望

綜上所述，抗生素普遍存在于我們人類生活的環境之中，其對生態系統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，國內外對抗生素的生態環境效應的研究已有了很大進展，但仍有一些問題需要繼續進行深入的研究。

（1）目前全球大多數污水處理廠、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，今后應加強抗生素檢測技術和水處理技術的研究。

（2）關于抗生素在水環境中的研究缺乏一定的系統性與完整性。一個完整的湖泊生態系統包括底棲食物網和遠洋食物網，而目前大多數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系而出現遞增或遞減的可能性。因此，未來應加強抗生素在湖泊生態系統中的綜合研究。

（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系統的相互作用已成為人們關注的焦點。抗生素污染存在于世界各地的各種環境中，各國和地區有關抗生素污染的信息不足。因此，建立和發展全球抗生素污染數據庫成為未來發展的必要趨勢，同時，可以通過制定不同環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風險。

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