磺胺類獸藥的環(huán)境行為及生態(tài)毒理學研究進展

楊燦,李莉,楊軼博,盧靜靜

(吉林農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院,吉林 長春 130118)

磺胺類獸藥的環(huán)境行為及生態(tài)毒理學研究進展

楊燦,李莉,楊軼博,盧靜靜

(吉林農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院,吉林 長春 130118)

摘要：指出了磺胺類抗生素是一種廣泛使用的獸藥,其對環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生的危害已經(jīng)引起社會各界的關(guān)注。論述了國內(nèi)外磺胺類抗生素的環(huán)境行為以及生態(tài)毒理研究進展,并提出了應(yīng)該盡快建立和完善抗生素的環(huán)境生態(tài)風險評估體系的建議。

關(guān)鍵詞：磺胺類抗生素;吸附-遷移;降解;生態(tài)毒理學

1引言

抗生素是由真菌、放線菌或細菌等微生物在代謝過程中產(chǎn)生的可以抑制或殺死細菌的一類化學物質(zhì),除微生物產(chǎn)生之外,還有一部分可通過人工合成或半合成得到類似物[1]。磺胺類藥作為人工合成的一類抗菌藥,在1935年正式應(yīng)用于臨床,其具有廣譜抗菌、產(chǎn)量大、價格低廉等優(yōu)點,在全世界廣泛應(yīng)用。1997年,磺胺類抗生素成為歐洲第五大廣泛使用的獸藥,占總獸藥銷售量的2%,在英國和新西蘭則是第二大廣泛使用的獸藥,分別占每年銷售總量的21%和25%[2]。我國是磺胺類藥物的生產(chǎn)大國,生產(chǎn)種類多達30余種。據(jù)統(tǒng)計,20世紀90年代產(chǎn)量就比80年代翻了一番,至2008年,磺胺類抗生素比例占到總獸藥的20%以上[3]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,磺胺類藥物不僅用于臨床應(yīng)用,更多的應(yīng)用于動物疾病的防治。

磺胺類藥物主要通過亞治療劑量添加到畜禽和水產(chǎn)飼料中被動物食用[4]。進入到動物體內(nèi)的藥物很難被機體吸收,約有50%~90%以原藥或代謝形式通過糞便或尿液排出體外,由于農(nóng)業(yè)循環(huán)耕種,進入到農(nóng)田土壤中,并在土壤中存留數(shù)周甚至數(shù)月[5]。這些物質(zhì)一方面可誘使土壤中微生物產(chǎn)生耐藥基因,這些基因可轉(zhuǎn)入動物或與人類共生的微生物體內(nèi),甚至轉(zhuǎn)入人類致病菌體內(nèi),人類一旦感染這些致病菌,將對現(xiàn)有藥物的治療失去作用[6];另一方面,會通過吸附、遷移、滲濾以及植物吸收等作用,對生態(tài)環(huán)境造成安全隱患。目前,各界都對抗生素的環(huán)境問題引起重視,并對之采取一系列調(diào)查研究,取得了階段性的成果。

2磺胺類藥物的環(huán)境行為

磺胺類藥物一旦脫離機體進入土壤介質(zhì),會和土壤中有機質(zhì)和礦物質(zhì)以及土中微生物共同作用,產(chǎn)生物理化學變化,從而對磺胺類藥物的吸附、解吸和降解等環(huán)境行為產(chǎn)生影響[7]。

2.1　吸附

糞便的農(nóng)田利用已經(jīng)被認為是抗生素包括磺胺類藥物進入土壤中的最主要途徑,而土壤對這些藥物的吸附是影響其在土壤環(huán)境中一系列環(huán)境行為的先決條件。關(guān)于土中獸藥吸附行為,可分為物理吸附和化學吸附。主要通過范德華力、氫鍵、疏水鍵力、配位基交換、偶極間作用力與土壤中的有機質(zhì)或顆粒表面吸附位點吸附或通過藥物本身官能團如羧基、醛基等與環(huán)境中化學物質(zhì)相互作用形成絡(luò)合物或螯合物從而被土壤吸附[8]。

土壤對抗生素吸附能力強弱主要取決于抗生素本身性質(zhì)以及土壤有機質(zhì),土壤的其它特性包括pH值、陽離子類型和土壤粒徑也會對吸附產(chǎn)生不同程度的影響。磺胺嘧啶在黑土及其不同組分中的吸附結(jié)果表明,不同組分吸附有差異,吸附容量從大到小為:粘粒>粉粒>原土>砂粒,磺胺嘧啶在黑土及其不同粒徑上的吸附主要發(fā)生在非均質(zhì)吸附劑表面,且線性分配作用較弱[9]。對太湖地區(qū)的水稻土吸附研究4種磺胺類藥物在水稻土中均為物理吸附,吸附能力強弱順序:磺胺間甲氧嘧啶>磺胺氯吡啶>磺胺二甲嘧啶>磺胺甲嘧啶[10]。

2.2　遷移

不同土壤和獸藥遷移能力差異很大。Boxall[11]和金彩霞[12]分別對磺胺氯噠嗪和磺胺間甲氧嘧啶進行研究,研究結(jié)果相似,2種磺胺類藥物吸吸附系數(shù)均較低,在土中遷移性均較強,易對地下水產(chǎn)生危害,且在已知研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這些藥在地下水中的檢出率較普遍。Gao[13]和孔晶晶[14]的實驗結(jié)果表明,磺胺類獸藥的吸附能力的強弱不僅取決于其雜環(huán)取代基,還和存在形態(tài)有關(guān):陽離子形態(tài)吸附能力最高,其次是中性分子形態(tài),陰離子形態(tài)吸附性最差。秦建國[15]研究發(fā)現(xiàn)3種磺胺類獸藥在海南砂土中的遷移性與土壤pH、有機質(zhì)含量有關(guān),pH越小,有機質(zhì)越少,3種藥物的吸附能力越強,遷移力越弱。文春波的室內(nèi)模擬研究表明磺胺嘧啶在3種供試土壤中的遷移能力為砂土>粘土>壤土。說明磺胺嘧啶的遷移能力與土壤性質(zhì)密切相關(guān),是影響遷移能力的重要影響因素[16]。

2.3　降解

磺胺類藥物在土中的降解可分為微生物降解、光解和水解以及氧化還原降解,這些反應(yīng)一般同時進行。磺胺類在土中間隙水中的非生物降解研究結(jié)果表明,土壤表面和水中磺胺類藥物均可發(fā)生光解,磺胺類抗生素比其他抗生素在土中的降解速率要慢。滅菌后的磺胺間甲氧嘧啶在避光情況下,半衰期為109.8d,未滅菌避光情況下較避光滅菌條件縮短了35.7%,自然條件下較避光滅菌時間縮短了83.8%。說明光照情況下,磺胺類抗生素的光解速率大于生物降解速率。土壤含水率能夠促進微生物對磺胺類藥物的降解,而起始濃度的降低能加速降解的發(fā)生并且縮短半衰期[17]。牛建平等[18]研究表明,磺胺二甲嘧啶在土中的降解主要為光解和化學降解,微生物降解只占一小部分。張從良[19]等在室內(nèi)模擬降解試驗,對6種磺胺類抗生素進行降解研究,同時從影響因子角度對磺胺嘧啶的降解進行進一步研究。試驗中,磺胺嘧啶在沙土中的降解速率大于壤土,壤土大于粘土,可能是由于吸附能力高的難降解。濃度高條件下難降解,可能由于高的抑菌效果阻礙了微生物的降解。糞便施肥前短時間存儲,會導致加快受試藥物的降解,長時間存儲則會由于吸附作用導致降低降解[20]。

3磺胺類藥物的生態(tài)毒理學研究進展

磺胺類抗生素進入到土壤介質(zhì)中,隨著各種降解作用,會分解一部分,但仍有部分不能分解,隨著時間的增加,呈現(xiàn)出“假持續(xù)性”現(xiàn)象。進入土壤中的抗生素對土壤的微生物生長及其正常功能產(chǎn)生不利影響。

國彬[21]、劉鋒[22]、金彩霞[23]等人分別研究了磺胺二甲嘧啶、磺胺甲噁唑、磺胺甲嘧啶和磺胺間甲氧嘧啶等幾類抗生素對土壤呼吸以及酶活的影響。結(jié)果表明：這些抗生素對土壤呼吸均存在不同程度的抑制和激活作用?；前芳奏奏ず突前芳讎f唑?qū)ν寥篮粑淖畲笠种坡史謩e為34.33%和34.43%;磺胺間甲氧嘧啶可顯著影響土壤呼吸強度,抑制率和激活率分別可達72%和254%;磺胺二甲基嘧啶和磺胺甲惡唑這兩種磺胺類抗生素蘇可對土壤蔗糖酶的活性的抑制率高達50%以上,對過氧化氫酶則是激活作用,對硝酸還原酶現(xiàn)抑制然后起激活作用,抑制率最高達到98.6%,激活率則達到580%,對土壤磷酸酶活性則是表現(xiàn)為激活-抑制循環(huán)作用。對多酚氧化酶則是先激活后抑制。對脲酶則是培養(yǎng)前低濃度激活高濃度抑制,培養(yǎng)后期均抑制的作用。

抗生素不但對微生物有著不良影響,還對不同植物產(chǎn)生不同程度的危害。Liu[24]等研究了6種磺胺類抗生素對植物生長和土壤質(zhì)量的影響,實驗結(jié)果表明不同植物產(chǎn)生的影響不同。水稻對磺胺甲惡唑最敏感,磺胺甲惡唑和磺胺二甲嘧啶顯著影響類土壤的呼吸。Migliore[25]等人發(fā)現(xiàn)磺胺二甲氧嘧啶對萌芽后的植物的發(fā)育、根系、胚軸及葉子生長均有影響。目前,國內(nèi)外對抗生素的生態(tài)毒性研究停留在高濃度暴露下的生物影響,以急性毒性試驗為主,這與抗生素在環(huán)境中的痕量殘留差異較大,不能很好地反應(yīng)環(huán)境中抗生素對生物的影響。對于研究對象也存在著局限性,不能很好的體現(xiàn)整個生物群落甚至整個生態(tài)系統(tǒng)的影響。

4結(jié)語

抗生素對環(huán)境的污染已經(jīng)引起各界的廣泛關(guān)注。各國學者對抗生素的來源以及環(huán)境轉(zhuǎn)歸進行研究,并取得了一定的成果,但是抗生素的污染仍是當前社會一個險峻的問題。政府部門應(yīng)該就這一問題引起重視,應(yīng)對有關(guān)于抗生素環(huán)境污染和生態(tài)毒理污染的項目給予技術(shù)和資金上的資助,盡早建立和完善抗生素的環(huán)境生態(tài)風險評估體系。

參考文獻：

[1] 張浩,羅義,周啟星,等.四環(huán)素類抗生素生態(tài)毒性研究進展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2008,27(2):407~413.

[2] 李云開,劉世榮,張克強,等.磺胺類藥物在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化過程的研究進展[J].中國畜牧獸醫(yī),2007,34(12):141~146.

[3] 陳碧蘊.2003年醫(yī)藥產(chǎn)銷形勢分析[J].全國醫(yī)藥商情,2004(9):55~56.

[4] 陳昌福,田甜,賀中華,等.鹽酸土霉素對人工致病克氏原螯蝦的治療效果研究[J].華中農(nóng)業(yè)大學學報,2009,28(5):600~603.

[5] Gavalchin J,Katzse.The persistence of faecal-borne antibiotics in soil[J].JAOAC Int,1994,77(2):481~485.

[6] Vaclavik E,Halling-sorensen B,Ingerslev F.Evaluation of manometric respiration tests to assess the effects of veterinary antibiotics in soil[J].Chemosphere,2004(56):667~676.

[7] 張勁強,董元華,安瓊,等.獸藥抗生素在土壤環(huán)境中的行為[J].土壤,2005,37(4)353~361.

[8] 王冉,劉鐵錚,耿志明,等.獸藥磺胺二甲嘧啶在土壤中的生態(tài)行為 [J].土壤學報,2007,44(2):307~311.

[9] 張娟,郭文錄,孫成,等.磺胺嘧啶在黑土及其不同粒徑組分中的吸附行為研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2011,30(2):301~306.

[10] 陳昦,張勁強,鐘明,等.磺胺類藥物在太湖地區(qū)典型水稻土上的吸附特征[J].中國環(huán)境科學,2008,28(4):39~312.

[11] Boxall ABA,Blackwell P,Cavallo R,et al.The sorption and transport of a sulphonamide antibiotic in soil systems.Toxicology Letters,2002,131(1-2):19~28.

[12] 金彩霞,陳秋穎,劉軍軍,等.磺胺間甲氧嘧啶在土壤中的吸附/解吸特性研究[J].環(huán)境污染與防治,2010,32(5):47~51.

[13]Gao J,Pedersen J A,Adsorption of sulfonamide antimicrobial agents to clay minerals [J].Environ Sci Technol,2001,25(39):9509~9516.

[14] 孔晶晶,裴志國,溫蓓,等.磺胺嘧啶和磺胺噻唑在土壤中的吸附行為[J].環(huán)境化學,2008.27(6):732~741.

[15] 秦建國.磺胺類藥物在海南砂質(zhì)土壤中遷移降解與積累研究[D].長沙:湖南農(nóng)業(yè)大學,2012.

[16] 文春波,張從良,王巖.磺胺嘧啶在土壤中的降解與遷移研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007,26(5):1677~1680.

[17] Halling-Serensen B,Lykkeberg A,ingerslev F,et al.Characterization of the a biotic degradation pathways of oxytetraeyclines in soil interstitial water using LC-MS-MS[J].Chemosphere,2003,50(10):1331~1342.

[18] 牛建平,吳澤輝,石啟增,等,磺胺二甲嘧啶在土壤中的降解動態(tài)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2009,37(4):1767~1769.

[19] 張從良,王巖,王福安,等.磺胺類藥物在土壤中的微生物降解[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007,26(5):1658~1662.

[20] Wang Qiquan,Guo Mingxin,Scott R Yates.Degradation kinetics of manure-derived sulfadinmethoxine in a amended soil [J].Journal of agricultural and food chemistry,2006,54(1):157~163.

收稿日期：2015-03-17

作者簡介：楊燦(1989—),女,浙江人,吉林農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院碩士研究生。

中圖分類號：S481.1

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2015)05-0209-03