抗生素在水生物体内富集的研究进展

于博文，沈梦楠，王 茹，胡 艺，胡啸威，卜小丹

（吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室，吉林长春 130118）

过去30a，环境中的药物残留问题引起了公众的极大关注。抗生素是最常使用的药物类别之一，目前，世界上抗生素的年消费量估计超过10万吨[1]。在欧盟，65%抗生素应用于人类使用。在美国，50%抗生素用于人类，另外50%用于农业、动物养殖和水产养殖。我国也是抗生素的生产和使用大国，其中动物养殖使用量占使用总量的一半。进入生物体内的抗生素并不能完全被生物体吸收，几乎90%以母体化合物或代谢物通过粪便或尿液的形式排出进入环境，造成“假性环境持久性”的暴露特征。目前，市政污水处理厂处理污染物主要针对传统污染，抗生素这类新型污染物并不能得到高效的去除，因此抗生素对环境造成的生态风险不容忽视。

1 抗生素对环境造成的生态风险

目前，抗生素已经在世界各地的地表水，如河流、湖泊、和沿海地区中普遍存在。抗生素在我国饮用水及地下水中平均浓度处于小于50ng/L 之间，在我国主要河流中分布广泛、浓度差异大。尽管检出浓度较低，但是与欧洲、美国等地区相比，我国自然环境水体中的抗生素检出率仍相对较高。目前，水体环境中主要发现的抗生素种类包括大环内酯类、β-内酰胺类、磺胺类、四环素类、氨基糖苷类、糖肽类、喹诺酮类等。其中，喹诺酮类药物、磺胺类药物、和大环内酯类药物是中国水环境中检出最多的三类抗生素。

环境中的抗生素可能通过食物链在水生生物中富集累积，可能会对人类或动物健康产生危害。抗生素可能影响浮游植物和浮游动物多样性，也可能破坏浮游动物早期发育过程，和浮游植物叶绿素的产生。这些变化反过来可能导致食物链的变化，并在生态系统的各个层面产生影响。水生环境中抗生素的累积会影响水生生物的生长，导致微生物生物多样性的减少以及细菌生态学的改变等[2]。此外，抗生素耐药基因可能在实际环境中持续存在多年。因此，抗生素在水生生物体内的富集现状、特征和规律亟待探明。

2 抗生素在水生生物体内的富集

生物积累是生物暴露在环境中，将化学物质积累到生物体中的过程，其累积程度通常可以用生物累积系数（BAF）或者生物富集系数（BCF）等来描述。一般认为，生物中的生物累积系数BAF 在2 000～5 000，认为该物质具有“潜在的生物累积性”。BAF 高于5 000，则认为该物质具有“生物累积性”[3]。Zhou 等[4]收集了太湖地区梅梁湾和竹山湾的鱼、虾和其他底栖物种，进行抗生素的检测和分析。研究结果显示，41种目标抗生素，有24种被检出。各生物体中抗生素浓度规律依次：鱼血浆～鱼肌肉＜鱼肝～鱼胆＜无脊椎动物～浮游生物。鱼类对抗生素的累积能力相对较低，且肝脏等组织器官比肌肉更容易富集抗生素。这种富集规律与其他有机物的富集规律相似。对不同种类的抗生素富集研究发现，磺胺类（SAs）、大环内酯类（MLs）、林可霉素（LIN）的BAFs 均小于2 000L/kg，说明这些化合物在鱼类中的生物累积能力较低。在鱼类肝脏、无脊椎动物和浮游生物均检测到氟喹诺酮类抗生素（FQs），其中大部分BAFs 大于5 000L/kg。尽管有24种抗生素被检出，但是计算通过食用太湖鱼、蟹、虾对抗生素的日摄入量EDI 值，以及对危险系数估算，发现EDI 值均小于可接受的日摄入量摄入（ADI）值，危险系数远小于1，健康风险较小。然而另一项研究，对白洋淀水体中 9 种鱼类（鲢鱼、鲫鱼、草鱼、鲤鱼、泥鳅、乌鳢、黄黝鱼、黄鳝和棒花鱼）中的氟喹诺酮类抗生素检测，发现鱼类体内Σ 氟喹诺酮含量为 17.1～146ng/g，生物累积系数BAF 值为96.2～489L/kg。两项研究中氟喹诺酮类抗生素在生物体中的BAF 值差异较大，甚至相差1～2个数量级，这可能与物种间的种间差异有关。这种富集能力的差异可能直接造成抗生素的生物有效性差异，值得深入探讨。

针对海水水产品中抗生素的富集情况研究也有报道，Han等[5]采集中国黄海附近的水产养殖生态系统中的虾、蟹、鱼等生物检测17种抗生素含量。研究结果发现，水体中抗生素水平相对较低，在ng/L 水平，磺胺类抗生素甲氧苄氨嘧啶在所有的水样中都检出。虾类、蟹类、鱼类和海参中抗生素的BCF 为 分 别 为27～2 317L/kg、0～2 261L/kg、0～306L/kg 和0～1 561L/kg。与其他研究相比，黄海中海产品中抗生素浓度处于较低水平。同样，在该研究中磺胺嘧啶在各类生物中的BCF 值也存在显著差异。Zhang[6]等对中国北部湾附近水体的虾类、蟹等生物体内的19种抗生素进行检测调查，发现虾类中抗生素的BCF为0.58-16 555L/kg。磺胺甲恶唑在虾类中的BCF值最高，平均值为5 126L/kg，说明磺胺甲恶唑较易在虾中积累。而诺氟沙星和氧氟沙星的BCF值相对较低。螃蟹中抗生素的BCF值为0.55-14 452L/kg。与虾类不同，磺胺嘧啶的在螃蟹体内的BCF最高，具有较高的生物蓄积性。在虾类和蟹类中均没有检测到大环内酯类和氯霉素类抗生素。结果表明，与诺氟沙星、氧氟沙星、甲氧苄啶和阿奇霉素等相比，磺胺类抗生素具有较高的生物蓄积性。

3 结束语

上述研究结果显示，不同的水生物对不同抗生素的富集能力差异较大，这可能与栖息地环境、生物的生殖状况和生长阶段都有密切关系。同时也可能受到化合物的环境行为（如吸附、光解和微生物降解）的影响。这些抗生素的BAFs 普遍不高，且经过生态风险评价估算，通过食用鱼类、虾类或蟹类摄入的抗生素对人体造成的健康风险较小。但鉴于抗生素的长期和大规模使用，对水生生物构成的风险仍然不容忽视。生物富集的评估对于科学评估化学品可能对人类和环境造成的风险很重要，是目前监管工作的重点。但目前对于抗生素在水生生物体内的生物累积的状况研究并不完善，对水生系统中的抗生素含量，生物富集情况以及环境行为变化进行长期的跟踪调查十分必要。