四環(huán)素類獸藥的環(huán)境行為及其生態(tài)毒理學(xué)研究進展

左儒楠，彭君茹，李日飛，劉　筱，王雅倩，翁啟彬，侯會霞，盧　明，李引乾*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.西藏自治區(qū)拉薩市堆龍德慶區(qū)第一中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，西藏拉薩 851400 )

近30年來，獸藥(包括藥物添加劑)在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛，其在降低發(fā)病率與死亡率、促生長、提高飼料利用率和改善產(chǎn)品品質(zhì)方面的作用十分顯著，已成為現(xiàn)代畜牧業(yè)生產(chǎn)不可或缺的保障物質(zhì)。但是，獸藥的使用無疑會導(dǎo)致動物體內(nèi)藥物的滯留或蓄積，并以殘留的方式進入人體及生態(tài)系統(tǒng)，對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重的后果，嚴重威脅人類的健康[1]?？股匚廴咎貏e是四環(huán)素類抗生素污染在許多國家已經(jīng)引起重視，主要是由于人或動物服用抗生素之后只能部分吸收，其余的隨糞便排出并殘留在生態(tài)環(huán)境中，二次處理排放污水中的抗菌藥物不徹底則會進一步加重污染。

抗生素主要是由真菌、放線菌等微生物的代謝產(chǎn)物，在極低濃度下能抑制或殺滅其他微生物[2]?？股爻軓奈⑸锏呐囵B(yǎng)液中提取外，對其化學(xué)結(jié)構(gòu)進行改造后獲得的新化學(xué)物，稱為半合成抗生素[3]。四環(huán)素類抗生素是一類具有共同多環(huán)并四苯羧基酰胺母核的衍生物[4]，具有廣譜抑菌作用，對革蘭陰性菌和陽性菌、立克次體、支原體、衣原體和某些原蟲等均可產(chǎn)生抑制作用[5]。它們可以分成天然品和半合成品兩種，前者包括四環(huán)素( tetracycline，TC)、土霉素(oxytetracycline，OTC)等，后者為半合成品衍生物，包括米諾環(huán)素(minocycline，MC)、多西環(huán)素(deoxytetracycline，DC)等。

四環(huán)類抗生素雖然半衰期短，但由于其使用頻率高從而進入環(huán)境中，會對人體健康產(chǎn)生潛移默化的影響，同時也會對生態(tài)系統(tǒng)造成持續(xù)影響[1]。因此，對四環(huán)素類獸藥的環(huán)境行為及其生態(tài)毒理學(xué)的研究已成為我國乃至全世界所關(guān)注的重大環(huán)境問題之一。

1　四環(huán)素類獸藥的環(huán)境行為

四環(huán)素類獸藥可以通過多種途徑進入環(huán)境中，如在動物養(yǎng)殖的過程中長期使用四環(huán)素類抗生素，動物體內(nèi)不能完全吸收四環(huán)素類抗生素，就有可能隨糞便排出，或者在生產(chǎn)四環(huán)素類抗生素的過程中有損耗，也有可能將未用完的抗生素隨意丟棄[6]。

1.1　四環(huán)素類獸藥在環(huán)境和食品中的殘留情況

四環(huán)素類抗生素不容易被動物完全吸收，其糞便排泄率一般高達69%～86%[7]。同時它們易溶于水，糞便有時會隨著水進入土壤，會給人類健康飲食和環(huán)境造成影響。20世紀50年代末，四環(huán)素類抗生素作為疾病治療藥物和動物促生長劑在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用[8]。

1.1.1四環(huán)素類獸藥在環(huán)境中的殘留情況四環(huán)素類抗生素難以被動物腸胃道吸收完全，導(dǎo)致其在畜禽糞便中的殘留量較高。四環(huán)素類抗生素水溶性較好，很容易隨糞便還田進入土壤，最終進入水環(huán)境，給人類健康和生態(tài)安全造成威脅。Guo X Y等[9]使用液相色譜-超聲波串聯(lián)質(zhì)譜法同時檢測糞便、土壤和水樣中包括四環(huán)素在內(nèi)的25種獸用抗生素，結(jié)果表明，25種包括四環(huán)素的目標(biāo)抗生素平均回收率為50.0%～121.9%, 該方法已被用于檢測家畜農(nóng)場環(huán)境樣品中的獸藥抗生素。這些情況都說明四環(huán)素類獸藥在環(huán)境中大量殘留，并且情況比較嚴重。

1.1.2四環(huán)素類獸藥在食品中的殘留情況四環(huán)素類獸藥在環(huán)境中大量殘留會進一步影響動物的養(yǎng)殖，以至于影響動物性食品安全。Li N等[10]用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定雞肌肉、雞肝、豬肌肉和豬肝樣品中的4種禁用和限制的29種獸藥。結(jié)果表明，29種藥物的平均回收率在71.5%～93.2%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)0.8%～7.7%。藥物的測定限(S/N=3)在0.3 g/kg～3.0 g/kg之間，而四環(huán)素藥物為10.0 g/kg，遠遠高于藥物的測定限，該方法可以進一步應(yīng)用于動物衍生食品中獸藥殘留的研究。Gao F K等[11]應(yīng)用分子熒光光譜法和高效液相色譜法(HPLC)進行魚和蝦樣品中4種TC(土霉素、四環(huán)素、金霉素和多西環(huán)素)殘留量的測定。檢出限在14.8 ng/g～39.2 ng/g間，加標(biāo)回收率為88.2%～95.4%，RSD為1.3%～4.9%。上述情況說明許多四環(huán)素類獸藥殘留在食品中，對人類的健康產(chǎn)生隱性危害。

1.2　四環(huán)素類獸藥環(huán)境行為的表現(xiàn)形式

四環(huán)素抗生素的環(huán)境行為表現(xiàn)為3種形式，分別為在環(huán)境中的吸附、遷移和降解。四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中的吸附是一種常見的環(huán)境行為[12]，其與環(huán)境之間存在一定的聯(lián)系。四環(huán)素類抗生素主要吸附于土壤中，方式有物理方面的，也有化學(xué)方面的，同時四環(huán)素類抗生素本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)會對自身吸附能力產(chǎn)生影響[13]。四環(huán)素類抗生素進入水體中主要是通過在環(huán)境中的遷移，比如通過雨水或者地表滲透。Kays P等[14]研究了四環(huán)素類抗生素中代表藥物土霉素的遷移規(guī)律，他們做的是土柱淋溶試驗，就是將含有土霉素的藥物澆灌到土柱上，結(jié)果在整個土柱中檢測到了土霉素，而滲透液中沒有。這進一步說明四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中有遷移。四環(huán)素類抗生素在環(huán)境中的降解分為生物降解和非生物降解[15]。

1.3　四環(huán)素類獸藥對水的污染情況

我國畜禽疫病復(fù)雜，四環(huán)素類抗生素使用量大。四環(huán)素類抗生素很難在動物體內(nèi)被完全吸收或代謝，大部分抗生素以原藥形式隨動物糞便和尿液排出體外，從而污染水體。目前，四環(huán)素類抗生素的殘留量在豬場等養(yǎng)殖廢水中居高不下，在環(huán)境水體中最高，采用固相萃取-親水相互作用色譜法[16]測定廢水的四環(huán)素類抗生素，濃度可達1 mg/L，其中四環(huán)素、金霉素的殘留濃度范圍分別為0.391 μg/L～0.931 μg/L、0.266 μg/L～0.709 μg/L[17]；Tong L等[18]采用對環(huán)境水樣的采集來分析水域環(huán)境樣品中痕量抗生素，結(jié)果表明，地表水多在1 μg/L以下，如清江等地區(qū)四環(huán)素類抗生素的濃度分別為0.017 5、0.069 3、0 055 7、0.049 7 μg/L[19]，但四環(huán)素類抗生素的污染在部分地區(qū)地表水中表現(xiàn)的較為嚴重,其中四環(huán)素、金霉素的殘留量分別達10.0、3.4 μg/L[20]，甚至部分地區(qū)地下水和飲用水源已檢測到四環(huán)素的存在，濃度為0.003 6 μg/L[21]。Wang L等[22]通過組合離子液體(Hmim)PF6萃取溶劑與熒光光譜法相結(jié)合的方法分離或者富集微量四環(huán)素類抗生素，結(jié)果表明地表水和沉積物樣品中回收94.2%～100.4%。Zhang Y等[23]采用固相萃取-親水相互作用色譜法測定廢水中的TCs，檢測的TCs檢測限為12 μg/L～30 μg/L(S/N = 3)，濃度為0.5 μg/L～10 μg/ L的TCs回收率為90.6%～106.5%。上述情況說明廢水中的四環(huán)素類抗生素含量高，四環(huán)素類抗生素對水的污染程度嚴重。

1.4　四環(huán)素類獸藥對土壤的污染情況

在種植農(nóng)作物的時候經(jīng)常需要用到畜禽糞便作為肥料，因此有些便殘留在農(nóng)田表層土壤中。張慧敏等[24]調(diào)查研究浙江地區(qū)農(nóng)田土壤，在采集的41個施含畜禽糞便的肥料之后的土壤樣品時發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)農(nóng)田表層土壤中富含四環(huán)素、土霉素和金霉素，檢出回收率分別高達88%、93%和93%。而不施畜禽糞便的肥料土壤含有的四環(huán)素、土霉素和金霉素的量都低于29%。同時Aga D S等[25]對抗生素在從動物糞便過渡到土壤中的研究表明，長期使用含有四環(huán)素類抗生素的藥物會導(dǎo)致其在土壤中大量殘留。

1.5　其他

隨著四環(huán)素類抗生素的大量使用，四環(huán)素類抗生素除了廣泛殘留在環(huán)境、動物食品中或者以吸附、遷移和降解形式在環(huán)境中存在，除對水環(huán)境和土壤造成嚴重的影響外，還會使一些細菌產(chǎn)生耐藥性。有研究表明，產(chǎn)志賀毒素大腸埃希菌(Shiga toxin-producingE.coli,STEC)存在對四環(huán)素類抗生素的抗性基因，說明STEC對四環(huán)素類抗生素的敏感性降低。Shao C C等[26]在山東巍山地區(qū)收集500只動物糞便樣本(來自豬、牛、綿羊、狗、鳥)，從這些樣品中分離出STEC菌株。通過血清凝集試驗對菌株進行血清分型，并通過藥物敏感試驗測定其耐藥性。藥物敏感試驗表明，四環(huán)素的耐藥率為9/16。從該地區(qū)動物糞便中分離出的16株STEC菌株對四環(huán)素類抗生素具有抗性。

2　四環(huán)素類獸藥的生態(tài)毒理

2.1　四環(huán)素類獸藥的水生生態(tài)毒理

將抗生素進行藥物設(shè)計，主要抑制人體和動物體內(nèi)的病原性致病菌[27]，這同時也會對人體產(chǎn)生潛在的健康威脅[28]，甚至?xí)ζ渌】档沫h(huán)境有機體造成影響。四環(huán)素類抗生素的水溶性較好，是水環(huán)境中主要的抗生素污染物之一。研究表明，四環(huán)素類抗生素對很多水生生物均有毒性效應(yīng)，且不同水生生物對四環(huán)素類抗生素的敏感性不同。2004年，Sanderson H等[29]在目前所擁有的關(guān)于水生生態(tài)毒理學(xué)方面的試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對226種抗生素進行生態(tài)危害性評價，采用定量結(jié)構(gòu)活性相關(guān)性的方法。結(jié)果顯示，抗生素對魚類有毒性作用有一半以上，其中抗生素對藻類的毒性作用極強的約占1/5，抗生素對魚類的毒性作用極強的約有1/3，44%的抗生素對大型溞的毒性作用非常強，16%的抗生素對大型溞的毒性作用極強。四環(huán)素類抗生素是目前用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要化合物，可以引起潛在的環(huán)境風(fēng)險。Li Q等[30]采用飛行(Q-TOF)質(zhì)譜聯(lián)用quechers樣品制備技術(shù)測定魚類中四環(huán)素(TC)等藥物，檢出限在0.5 μg/kg～5.3 μg/kg的范圍內(nèi)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)魚類中四環(huán)素含量為15 μg/kg，超出了限定范圍。

2.2　四環(huán)素類獸藥生態(tài)毒理的表現(xiàn)形式

四環(huán)素類抗生素的生態(tài)毒性主要體現(xiàn)在三個方面，分別是對動物、植物、土壤生物的生態(tài)毒性。Wan W N等[31]通過固相萃取-超高效液相色譜法同時測定家畜糞便中的殘留抗生素，包括3種大環(huán)內(nèi)酯類藥物和4種四環(huán)素類藥物。結(jié)果是所有選定的抗生素均以不同水平檢測，其中最高濃度為金霉素125 mg/kg。Yang X等[32]采用高效液相色譜固定相萃取法在線聯(lián)用測定牛奶中四環(huán)素殘留，從牛奶樣品中提取的四環(huán)素，通過HPLC分析分離并測定土霉素、四環(huán)素和金霉素。結(jié)果表明，牛奶樣品中3種四環(huán)素類藥物的回收率為88.3%～101.5%。Ma L L等[33]使用固相萃取和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法同時提取和測定土壤中18種氟喹諾酮、四環(huán)素和磺酰胺類抗菌藥物，其中土壤中TCs的回收率為62.23%～85.36%，說明四環(huán)素類抗生素在土壤中殘留量高，進而對土壤生物具有潛在的毒害作用。

3　結(jié)語與展望

抗生素在環(huán)境中的發(fā)生和生物影響在全球越來越受到關(guān)注，尤其是畜禽和水生生物規(guī)?；B(yǎng)殖后，許多抗生素特別是四環(huán)素類通過多種方式進入生態(tài)環(huán)境中。各國學(xué)者采用各種方法對四環(huán)素類抗生素的來源問題以及如何在環(huán)境進行轉(zhuǎn)化和回歸進行研究，并且已經(jīng)取得了一些成果，特別是開展了環(huán)境樣品中痕量抗生素檢測分析方法的研究。但是四環(huán)素類獸藥的污染仍是當(dāng)今社會乃至全球范圍內(nèi)一個嚴重的問題，在我國還沒有引起足夠的重視。各國政府特別是我國政府應(yīng)該及早重視這一問題，及時應(yīng)對有關(guān)四環(huán)素類抗生素環(huán)境污染和生態(tài)毒理污染方面的問題，解決抗生素污染問題應(yīng)注意系統(tǒng)化，盡早建立和完善四環(huán)素類獸藥的環(huán)境生態(tài)風(fēng)險評估體系，加強四環(huán)素類抗生素環(huán)境行為與風(fēng)險評估之間的結(jié)合。