抗生素在我国水生环境中的研究进展

朱洁 孟香港

摘 要：抗生素作为一种具有新型特性的污染物，已受到全人类的广泛关注。目前抗生素在生活和医药上的滥用给人类生活带来了许多不良的环境问题，如果再不加以监督和管控，人类将步入前所未有的“后抗生素时代”。本文主要从抗生素的基本特征、使用现状及在我国水生环境中的研究进展展开叙述，并在结尾对抗生素未来研究做出了相应展望。

关键词：抗生素;现状;我国;水生环境

抗生素是细菌、霉菌或其他微生物在生命过程中产生的次级代谢物，目前已广泛应用于人类保健、家禽养殖、水产养殖和畜牧业等领域，极大地改善了人类生活，促进人类社会的发展[1]。但由于抗生素的广泛滥用，给人类的生活及环境生态系统造成了较严重的污染问题，其在环境中带来的危害也渐渐受到了人们的重视。通过综合分析大量数据，目前全人类的抗生素使用量和产量都有了大幅增长，尤其是在我国，每年抗生素的总使用量约为15万吨到20万吨，占世界使用量的一半，给人类的健康构成巨大威胁[2]。同时，由于我国抗生素的过度生产和滥用，我国地表水体和土壤均受到了不同程度的污染，制药企业废水、生活污水、养殖业废水等是我国水生环境中抗生素的主要污染来源。本文针对了抗生素在水生环境中的污染这一问题，结合国内、外最新文献，对抗生素的相关研究进行了综述，简单介绍了抗生素的不同种类在我国水生环境中的分布情况，并在文末提出了抗生素相关研究的意见与建议。

1 抗生素种类及其基本特征

根据其化学结构，抗生素可分为大环内酯、磺胺、β内酰胺、喹诺酮类、四环素、氨基糖苷和肽[3]。β-内酰胺主要通过抑制细胞壁粘附肽的合成来抑制细胞壁粘附肽的合成，使细胞壁缺陷，细菌膨胀并分解，毒性较低，主要应用于繁殖期杀菌剂。氨基糖苷主要抑制细菌蛋白质的合成，多用作静止期杀菌剂，对人体的听神经和肾造成一定毒性作用，使用受到相应限制。喹诺酮类主要有诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星、氟罗沙星等，通过抑制DNA螺旋酶的作用，从而干扰DNA超螺旋结构的结旋，阻碍DNA的复制和合成，导致细菌死亡，具有较强的抗菌活性和生物利用度。四环素是一种广谱抗生素，通过抑制细菌肽链的生长，影响蛋白质的合成。磺胺具有广泛的抗菌光谱，主要抑制细菌的二氢叶酸合成酶，它抑制大多数革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌，可以有效预防动物疾病。目前，抗生素在水中的污染越来越严重。不同类型的抗生素会对水生生物造成不同程度的危害。

2 环境中抗生素来源及其迁移途径

目前，由于抗生素种类作用多，使用范围大，分布区域广，经过大量学者的研究和检测，在我国污水处理厂、地表水、沉积物、土壤和生物样品等各环境介质中都检出了抗生素，甚至在地下水和饮用水中也能发现抗生素的少量存在。抗生素具体来源及其迁移途径如图1所示。

3 我国典型水环境中抗生素污染现状

湖泊生态系统是内陆水域中重要组成部分，和人类的生产生活密切相关。目前，抗生素对湖泊河流的污染已经非常普遍，研究抗生素污染现状及其对湖泊的生态危害，对人类的生态安全和健康有着重大的意义。

在我国不同地区，抗生素的成分在时间和空间上存在着明显的差异，这一分布差异与当地抗生素的使用量、用途，制药工业的运作模式，畜牧业模式等息息相关。不同地区情况不同，抗生素种类分布及其污染状况也存在着各种差异。图2显示了我国水生环境中四环素类、喹诺酮类、磺胺类和大环内酯类四种典型的抗生素分布。

由图可知，东部地区相比于西部地區受到抗生素普遍污染，且京津冀地区和东部沿海地区受到抗生素的污染最为严重。由于我国东部经济发展迅速，医疗，生活水平较高，抗生素应用明显高于西部地区，且东部地区水资源丰富，河流、湖泊地下暗河众多，支流密集，导致抗生素污染主要集中在东部地区。由图2可以得知，在京津冀地区（第53号），喹诺酮类（QNs）和磺胺类（SAs）是水生环境中主要的一类抗生素，其次是大环内酯类（MAs）和四环素类（TCs），与长江地区（第29号和第64号）相似;而在珠江三角洲（第78号和第79号），大环内酯类（MAs）和磺胺类（SAs）是水中抗生素的主要种类，其次是喹诺酮类（QNs）和四环素类（TCs）;此外，大环内酯类（MAs）是辽河地区主要的一类抗生素（第33号）。在京津冀地区（第53号），喹诺酮类（QNs）和磺胺类（SAs）是水生环境中主要的一类抗生素，其次是大环内酯类（MAs）和四环素类（TCs），与长江地区（第29号和第64号）相似;而在珠江三角洲（第78号和第79号），大环内酯类（MAs）和磺胺类（SAs）是水中抗生素的主要种类，其次是喹诺酮类（QNs）和四环素类（TCs）;此外，大环内酯类（MAs）是辽河地区主要的一类抗生素（第33号）。

洪湖是长江中游洪湖县的典型湖泊，面积占据350平方公里，平均水深为1.5米，为大型浅层富营养化湖泊。湖泊与四湖的主航道相连，是四湖流域的主要排水通道。洪湖上游河道面积为 1.04×104 km2，居住着 570万多名的居民，800万头猪，1.4亿只家禽。由于抗生素在育种、医药等方面的广泛应用生活中的大量废水及养殖场排泄物等的排入，造成洪湖水域严重的抗生素污染。Wang等[4]对洪湖、洪湖及其水系、池塘水体中13种抗生素（四环素类、磺胺类、喹诺酮类）的发生及时空分布进行了研究。研究表明：四环素、土霉素、和磺胺嘧啶是3种当地地区的主要抗生素，其余10种含量较低（表1）。

刘等[5]先后调查了长江三角洲、珠江三角洲、黄河三角洲及江汉平原、巢湖流域等地区，结果发现，长江三角洲的抗生素含量居于首位。水合过程中大环内酯的浓度为381.5 ng·l-1，四环素的浓度为137.4 ng·l-1，大环内酯含量旱季为4.0ng·L≤1，四环素类旱季为15.8ng·L≤1。，二者差异巨大。另外，长江三角洲区域的大环内酯类，喹诺酮类和氯霉素类7月份含量分别为4.8ng·L-1，12ng·L-1，116.3ng·L-1。究其原因，长江三角洲地区的水产养殖中大量使用抗生素，直接排泄污水等进入水环境。长江三角洲形成的泥沙从上游吸附积累了大量抗生素，它也是导致抗生素污染的重要原因之一。

4 結论与展望

综上所述，抗生素普遍存在于我们人类生活的环境之中，其对生态系统造成的直接或间接影响对整个生物圈的潜在危害是我们不容忽视的。近年来，国内外对抗生素的生态环境效应的研究已有了很大进展，但仍有一些问题需要继续进行深入的研究。

（1）目前全球大多数污水处理厂、饮用水处理厂都还未掌握并运用有效的抗生素处理工艺。因此，今后应加强抗生素检测技术和水处理技术的研究。

（2）关于抗生素在水环境中的研究缺乏一定的系统性与完整性。一个完整的湖泊生态系统包括底栖食物网和远洋食物网，而目前大多数研究多为对单种水生生物的试验研究，忽视了抗生素浓度在水生生物之间由于捕食与被捕食的关系而出现递增或递减的可能性。因此，未来应加强抗生素在湖泊生态系统中的综合研究。

（3）目前，抗生素的影响、抗生素耐药基因的污染以及抗生素与生态系统的相互作用已成为人们关注的焦点。抗生素污染存在于世界各地的各种环境中，各国和地区有关抗生素污染的信息不足。因此，建立和发展全球抗生素污染数据库成为未来发展的必要趋势，同时，可以通过制定不同环境和气候条件下的抗生素污染标准和准则，以减少抗生素污染和生态风险。

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