珠江流域水體中的抗生素遷移轉(zhuǎn)化機理及其生態(tài)風險探討

韓紅艷 蔣然 高發(fā)軍 李召旭 王金裕 劉藝斯

編號 E090301 國家自然科學基金

摘要： 針對珠江流域水體中抗生素造成的生態(tài)污染問題，綜合分析了抗生素在水體中的遷移轉(zhuǎn)化機理，提出了生態(tài)風險評價方法，最后對抗生素的污染研究方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：珠江流域；抗生素；機理；生態(tài)風險

Antibiotics in the pearl river basin water migration mechanism and ecological risk

Han Hongyan， Jan Ran， Gao Fajun， Wang Jinyu Liu Yisi

（The Pearl River Hydraulic Research Institute of Pearl River Water

Conservancy Committee，Guangzhou，510635 ）

Abstract： Aiming at the pearl river basin water ecological pollution problems caused by antibiotics， comprehensive analysis of the antibiotic in the transition and transformation mechanism of water， put forward the ecological risk assessment methods， and finally to antibiotics pollution research direction was prospected

Key words： pearl river basin； antibiotics； mechanism； environmental risks

一、珠江流域水體中的抗生素現(xiàn)狀

水體作為抗生素最終歸宿 ，接納著不同行業(yè)來源的抗生素。含有抗生素的水所造成水體污染已成為國際上研究熱點。從全國58個流域“抗生素排放量調(diào)查”結(jié)果來看，珠江流域是全國抗生素污染重災區(qū)，這與當?shù)厮a(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)達、經(jīng)濟發(fā)展快有關(guān)。探討水體中抗生素的遷移轉(zhuǎn)化機理和生態(tài)風險評價的方法，從而為水體中抗生素的污染治理提供科學依據(jù)和技術(shù)支撐。

珠江流域廣州段水體中抗生素污染較為嚴重，其藥物量遠遠超過發(fā)達國家。研究表明：珠江廣州段河水中除阿莫西林外，其余抗生素類藥物污染相當嚴重，洪水季和枯水季藥物平均值含量分別在幾十、幾百 [1]。雖然投入了大量的財力和人力進行治理，但是尚不成熟的水體中抗生素治理技術(shù)成為絆腳石，導致珠江流域水體中抗生素治理效果不佳。

二、水體中抗生素作用機理

生物體抗生素只有少部分經(jīng)過羥基化、裂解和葡萄糖苷酸化等反應生成H2O和CO2，90%以上以原形或代謝物形式進入生態(tài)環(huán)境[2]。抗生素具有較高的親水性和較低的揮發(fā)性特性，導致其在水相與生物相之間相互交換。通過吸附、降解和生物轉(zhuǎn)化等一系列行為帶來了風險壓力，這種遷移轉(zhuǎn)化行為與其毒性大小有關(guān)。

（1）吸附。吸附過程是抗生素在水體中遷移的重要階段，反映了污染物與沉積物相互作用的規(guī)律。通過分子間作用力吸附水體有機質(zhì)、顆粒物表面的吸附位點，官能團如羧基、醛基、胺基與水體中有機質(zhì)形成絡合物。抗生素的吸附能力越強，在水中越穩(wěn)定，也容易沉積；吸附能力較弱，很容易發(fā)生遷移。

（2）降解。水解是降解過程的重要途徑， pH是影響主因。大環(huán)內(nèi)酯和磺胺類在中性 pH 條件下水解較慢，且活性較低。β-內(nèi)酰胺類在弱酸、堿性條件降解則較快[3]。任何條件下，頭孢菌素類抗生素都能發(fā)生水解反應[4]。

光降解是另一重要途徑。天然生物降解受到：光照、pH、光敏劑、金屬離子等因素影響，產(chǎn)生的活性氧物種中間體與抗生素作用發(fā)生降解。光敏劑分子吸收光子變成激發(fā)態(tài)，把激發(fā)能量傳遞給抗生素，最終降解生成產(chǎn)物。

（3）生物轉(zhuǎn)化。生物轉(zhuǎn)化在降解中發(fā)揮著極為重要的作用。微生物作用下，使抗生素結(jié)構(gòu)發(fā)生改變， 其中耐藥細菌起最重要作用，直接破壞和修飾抗生素使其失活，從而引起其物化性質(zhì)改變，實現(xiàn)對環(huán)境污染的無害化處理過程。包括pH、水分、溫度、含氧量、有機和無機營養(yǎng)物、生物量等因素。有氧條件下降解迅速且無滯留期或僅有短暫滯留期，無氧條件下降解率低、滯留期長。

三、生態(tài)風險評價

（1）風險商值法：是判定某一濃度化學污染物是否具有潛在有害影響的半定量生態(tài)風險評價方法，設定需要受到保護受體的化學污染物濃度標準，再將污染物的實測濃度與濃度標準進行比較，由商值得出有無風險的結(jié)論。比值>1說明有風險，比值越大風險越大。

（2）危險系數(shù)HQs： HQs>1，被認為具有環(huán)境風險。 HQs=MEC/PNEC MEC為最大質(zhì)量濃度，PNEC是無效應濃度 PNEC=（LC50或EC50）/AF LC50和EC50分別為半致死濃度和半效應濃度（魚類和軟體動物LC50，植物EC50）； AF評價因子 [5]。

（1）對水生生物的影響：水環(huán)境中的光合細菌、硝化細菌及水生動物體內(nèi)的乳酸桿菌、部分弧菌等有益的微生物，在水生動物代謝平衡中起著關(guān)鍵性的作用?？股卦谝种苹驓绮≡⑸锏耐瑫r對部分有益微生物也產(chǎn)生抑制，從而打破體內(nèi)外微生態(tài)平衡，引發(fā)新的疾病?？股貙λ鷦游飿O易產(chǎn)生毒性效應，除了水生動物種類本身，藥物類型和濃度因素等起到了至關(guān)重要的作用，損壞水生動物微生態(tài)平衡。

（2）對人類健康的影響：抗生素及其衍生物通過飲用水對人體健康造成威脅，雖然只是痕量殘留，但是長期累積效應會降低人體免疫力。同時，通過食物鏈傳遞，在高營養(yǎng)級生物體內(nèi)富集的濃度比環(huán)境中濃度擴大多倍；水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用的抗生素，殘留于水產(chǎn)動物產(chǎn)品的抗生素進入人體后， 就使得敏感個體致敏，產(chǎn)生抗體，嚴重的話可致癌、致畸、致突變、干擾人類內(nèi)分泌系統(tǒng)。

（3）細菌耐藥性的影響：能誘導病原菌產(chǎn)生耐藥性，雖然水環(huán)境中抗生素的濃度較低，但來源穩(wěn)定，濃度基本保持穩(wěn)定。抗藥性基因可經(jīng)自發(fā)基因突變產(chǎn)生，也可在細胞二分裂階段通過代與代之間進行傳遞，或在不同細菌間傳遞而產(chǎn)生，導致能夠抵抗強力抗生素的病原菌產(chǎn)生。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是水環(huán)境成為耐藥菌產(chǎn)生的重要場所。

四、建議及展望

（1）開展環(huán)境水體中抗生素污染水平調(diào)查分析，確定抗生素的時空分布特點。

（2）研究抗生素對生態(tài)平衡和生物多樣性的影響，建立生態(tài)風險評估體系。

（3）運用分子生物標志物的手段對抗生素早期預警，并進行生物標志物篩選。

參考文獻

[1]葉計朋，鄒世春，張干，徐維海，典型抗生素類藥物在珠江三角洲水體中的污染特征[J].生態(tài)環(huán)境，2007， 16（2）：384-388.

[2]姚瑤，錢程，岳志杰.簡述水體中抗生素污染問題.生態(tài)與環(huán)境：科技信息.

[3]蘇小歡.水環(huán)境中抗生素的遷移轉(zhuǎn)化及其危害[J].廣州化工，2015，43（5）.

[4]陳兆坤，胡昌勤.頭抱菌素類抗生素的降解機制[J].國外醫(yī)藥：抗生素分冊，2004，25（6）：249-265.

[5]朱琳，張遠，渠曉東，等.北京清河水體及水生生物體內(nèi)抗生素污染特征[J].環(huán)境科學研究，2014，7（2）： 139-146.

通訊作者：韓紅艷，女，碩士，分析化學。