抗生素在水生物體內富集的研究進展

于博文，沈夢楠，王 茹，胡 藝，胡嘯威，卜小丹

（吉林建筑大學松遼流域水環境教育部重點實驗室，吉林長春 130118）

過去30a，環境中的藥物殘留問題引起了公眾的極大關注。抗生素是最常使用的藥物類別之一，目前，世界上抗生素的年消費量估計超過10萬噸[1]。在歐盟，65%抗生素應用于人類使用。在美國，50%抗生素用于人類，另外50%用于農業、動物養殖和水產養殖。我國也是抗生素的生產和使用大國，其中動物養殖使用量占使用總量的一半。進入生物體內的抗生素并不能完全被生物體吸收，幾乎90%以母體化合物或代謝物通過糞便或尿液的形式排出進入環境，造成“假性環境持久性”的暴露特征。目前，市政污水處理廠處理污染物主要針對傳統污染，抗生素這類新型污染物并不能得到高效的去除，因此抗生素對環境造成的生態風險不容忽視。

1 抗生素對環境造成的生態風險

目前，抗生素已經在世界各地的地表水，如河流、湖泊、和沿海地區中普遍存在。抗生素在我國飲用水及地下水中平均濃度處于小于50ng/L 之間，在我國主要河流中分布廣泛、濃度差異大。盡管檢出濃度較低，但是與歐洲、美國等地區相比，我國自然環境水體中的抗生素檢出率仍相對較高。目前，水體環境中主要發現的抗生素種類包括大環內酯類、β-內酰胺類、磺胺類、四環素類、氨基糖苷類、糖肽類、喹諾酮類等。其中，喹諾酮類藥物、磺胺類藥物、和大環內酯類藥物是中國水環境中檢出最多的三類抗生素。

環境中的抗生素可能通過食物鏈在水生生物中富集累積，可能會對人類或動物健康產生危害。抗生素可能影響浮游植物和浮游動物多樣性，也可能破壞浮游動物早期發育過程，和浮游植物葉綠素的產生。這些變化反過來可能導致食物鏈的變化，并在生態系統的各個層面產生影響。水生環境中抗生素的累積會影響水生生物的生長，導致微生物生物多樣性的減少以及細菌生態學的改變等[2]。此外，抗生素耐藥基因可能在實際環境中持續存在多年。因此，抗生素在水生生物體內的富集現狀、特征和規律亟待探明。

2 抗生素在水生生物體內的富集

生物積累是生物暴露在環境中，將化學物質積累到生物體中的過程，其累積程度通常可以用生物累積系數（BAF）或者生物富集系數（BCF）等來描述。一般認為，生物中的生物累積系數BAF 在2 000～5 000，認為該物質具有“潛在的生物累積性”。BAF 高于5 000，則認為該物質具有“生物累積性”[3]。Zhou 等[4]收集了太湖地區梅梁灣和竹山灣的魚、蝦和其他底棲物種，進行抗生素的檢測和分析。研究結果顯示，41種目標抗生素，有24種被檢出。各生物體中抗生素濃度規律依次：魚血漿～魚肌肉＜魚肝～魚膽＜無脊椎動物～浮游生物。魚類對抗生素的累積能力相對較低，且肝臟等組織器官比肌肉更容易富集抗生素。這種富集規律與其他有機物的富集規律相似。對不同種類的抗生素富集研究發現，磺胺類（SAs）、大環內酯類（MLs）、林可霉素（LIN）的BAFs 均小于2 000L/kg，說明這些化合物在魚類中的生物累積能力較低。在魚類肝臟、無脊椎動物和浮游生物均檢測到氟喹諾酮類抗生素（FQs），其中大部分BAFs 大于5 000L/kg。盡管有24種抗生素被檢出，但是計算通過食用太湖魚、蟹、蝦對抗生素的日攝入量EDI 值，以及對危險系數估算，發現EDI 值均小于可接受的日攝入量攝入（ADI）值，危險系數遠小于1，健康風險較小。然而另一項研究，對白洋淀水體中 9 種魚類（鰱魚、鯽魚、草魚、鯉魚、泥鰍、烏鱧、黃黝魚、黃鱔和棒花魚）中的氟喹諾酮類抗生素檢測，發現魚類體內Σ 氟喹諾酮含量為 17.1～146ng/g，生物累積系數BAF 值為96.2～489L/kg。兩項研究中氟喹諾酮類抗生素在生物體中的BAF 值差異較大，甚至相差1～2個數量級，這可能與物種間的種間差異有關。這種富集能力的差異可能直接造成抗生素的生物有效性差異，值得深入探討。

針對海水水產品中抗生素的富集情況研究也有報道，Han等[5]采集中國黃海附近的水產養殖生態系統中的蝦、蟹、魚等生物檢測17種抗生素含量。研究結果發現，水體中抗生素水平相對較低，在ng/L 水平，磺胺類抗生素甲氧芐氨嘧啶在所有的水樣中都檢出。蝦類、蟹類、魚類和海參中抗生素的BCF 為 分 別 為27～2 317L/kg、0～2 261L/kg、0～306L/kg 和0～1 561L/kg。與其他研究相比，黃海中海產品中抗生素濃度處于較低水平。同樣，在該研究中磺胺嘧啶在各類生物中的BCF 值也存在顯著差異。Zhang[6]等對中國北部灣附近水體的蝦類、蟹等生物體內的19種抗生素進行檢測調查，發現蝦類中抗生素的BCF為0.58-16 555L/kg。磺胺甲惡唑在蝦類中的BCF值最高，平均值為5 126L/kg，說明磺胺甲惡唑較易在蝦中積累。而諾氟沙星和氧氟沙星的BCF值相對較低。螃蟹中抗生素的BCF值為0.55-14 452L/kg。與蝦類不同，磺胺嘧啶的在螃蟹體內的BCF最高，具有較高的生物蓄積性。在蝦類和蟹類中均沒有檢測到大環內酯類和氯霉素類抗生素。結果表明，與諾氟沙星、氧氟沙星、甲氧芐啶和阿奇霉素等相比，磺胺類抗生素具有較高的生物蓄積性。

3 結束語

上述研究結果顯示，不同的水生物對不同抗生素的富集能力差異較大，這可能與棲息地環境、生物的生殖狀況和生長階段都有密切關系。同時也可能受到化合物的環境行為（如吸附、光解和微生物降解）的影響。這些抗生素的BAFs 普遍不高，且經過生態風險評價估算，通過食用魚類、蝦類或蟹類攝入的抗生素對人體造成的健康風險較小。但鑒于抗生素的長期和大規模使用，對水生生物構成的風險仍然不容忽視。生物富集的評估對于科學評估化學品可能對人類和環境造成的風險很重要，是目前監管工作的重點。但目前對于抗生素在水生生物體內的生物累積的狀況研究并不完善，對水生系統中的抗生素含量，生物富集情況以及環境行為變化進行長期的跟蹤調查十分必要。