水環(huán)境中抗生素的污染現(xiàn)狀與分析方法

江 靜，周清時

(1 句容市環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 句容 212400；2 長江生態(tài)環(huán)保集團有限公司，湖北 武漢 430062)

作為人類抵御疾病的必要手段，種類繁多的抗生素被大量應用在醫(yī)藥的各個方面[1]。在肉源性動物飼養(yǎng)上，大量抗生素被添加到飼料中來預防動物疾病和提高飼料轉化率[2]，由于這些化合物的副作用(有些藥物具有致癌、致畸、致突變等毒副作用)，殘留于肉品中的抗生素造成了嚴重的食品安全問題[3]。由于人類和畜牧業(yè)大量頻繁的使用，該類物質在被去除的同時也在源源不斷地隨尿液、糞便等排放到水環(huán)境中，最終導致環(huán)境污染?；前奉惡头Z酮類抗生素抗菌譜館、使用方便、不良反應小等優(yōu)點，被廣泛應用于任何動物的臨床治療，所以這些化合物的環(huán)境問題逐步受到關注。

1 污染途徑與現(xiàn)狀

抗生素最初是用來預防和治療人類與動物的疾病，隨著經濟的發(fā)展與生活水平的提高，人類對抗生素使用量增大，越來越多的抗生素被排入水環(huán)境。環(huán)境中抗生素主要通過個體活動、制造、農業(yè)、獸用、醫(yī)院和社區(qū)排放等途徑進入水體。其中，人體或動物用藥是最主要的來源，它們可以通過多種途徑進入水體。一般而言，藥品經人體或動物攝入后，最終以其原形或代謝物形式通過尿液或糞便排入污水中[4]；此外，一些不用和過期的藥物則通過丟棄等方式最終也會匯入到城市生活污水中[5]。因而市政生活污水是抗生素最主要的匯集源[6]。

污水處理廠也是抗生素的一個主要的點污染源，但同時也是一個集中處理的場所。目前，污水處理廠的污水處理工藝主要是通過微生物作用或絮凝作用等完成，并非針對抗生素而設計，而環(huán)境中抗生素污染物濃度較低，難與酶發(fā)生親和反應，因此，一些抗生素不能得到有效去除，從而越過種種屏障排入水體。而有些抗生素濃度雖然在處理過程中有所降低，但只是在整個排放過程中轉化成仍有生物活性的降解產物，以另一種形式出現(xiàn)在環(huán)境水體中。此外，污泥的回用與垃圾的填埋可以使固體廢棄物中的抗生素、家畜養(yǎng)殖場所排放的糞便和吸附于污水處理廠活性污泥中的抗生素進入土壤，之后再通過地表徑流和滲濾進入地下水或地表水[7]。禽畜與水產養(yǎng)殖及其產生的廢水排放也是水環(huán)境中抗生素的一個重要來源，它們可以直接進入地表水與地下水。

最后，抗生素的生產制造所產生的污染廢水、廢渣，在未經處理的情況下任意排放也是一個不容忽視的問題，可以通過多種途徑進入水體。中國是世界上最大的發(fā)展中國家，因而承擔了大部分藥品與原料的生產任務，是全球第二大原料藥生產國。其中，中國的抗生素生產和使用量在2013年已達16.2萬噸以上，其中，磺胺類藥物占5%，氟喹諾酮類藥物占17%[8]。目前，已經成為中國第3大常用的抗生素，占總抗生素用量的17%。而且由于大量使用所造成的耐藥菌株的報道逐年增加。環(huán)境水體普遍出現(xiàn)了磺胺和氟喹諾酮類殘留的報告。在大多數(shù)歐洲國家，磺胺和氟喹諾酮類藥物是第二大使用量的抗生素[9]，氧氟沙星、磺胺甲惡唑、磺胺二甲嘧啶、甲氧芐氨嘧啶在水體中經常被檢出，在所有抗生素中，磺胺和氟喹諾酮類抗生素成為最重要的水體污染物。

此外，我國在制藥行業(yè)沒有明確的廢水排放標準，污水處理廠的傳統(tǒng)工藝又沒有針對性去除，這就使得藥品制造業(yè)所產生的污染更為突出。在日常生活中使用的抗生素通過各種途徑進入環(huán)境后，通過遷移轉化，又可以進入水廠，而未被水廠去除的抗生素有可能通過供水系統(tǒng)再次進入日常生活，對人類健康照成潛在的危害。

2 環(huán)境效應

這類化合物在水環(huán)境中具有其獨特的性質，如較強的持久性、緩慢生物降解性、生物活性和生物累積性等，雖然這類化合物不像持久性有機污染物一樣在環(huán)境中長久存在，但同樣可對環(huán)境產生負作用。若長期暴露于人體或水生、陸生生物體，將會給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來巨大的潛在危險。而且這種作用可能是慢性、遠期和累積性的。

水環(huán)境作為各種藥物的規(guī)趨地，出現(xiàn)了大量的環(huán)境耐藥菌株。根據相關研究，我國磺胺類抗生素在不同地區(qū)差異較大，整體耐藥率在31.2%～73.1%，其中，單胞菌和弧菌類病原菌對磺胺類藥物的耐藥性較強。不同氟喹諾酮類抗生素耐藥性差異較大，主要集中在氧氟沙星、諾氟沙星和恩諾沙星上，耐藥性隨時間推移有所增強，且水產養(yǎng)殖發(fā)達地區(qū)的耐藥性更高，其中江蘇地區(qū)的耐藥性達62.5%。嗜水氣單胞菌對氟喹諾酮類抗生素的耐藥性較強，且遺傳性能穩(wěn)定，耐藥性在短期內難以消除。曹海鵬等[10]用生病金魚對磺胺類藥物進行了耐藥性研究，結果表明溫和氣單胞菌和豚鼠氣單胞菌對加氧胺嘧啶高度敏感。任燕等[11]在大黃魚體內分離出了優(yōu)勢菌株，結果顯示，惡臭假單胞菌對氧氟沙星、恩諾沙星、諾氟沙星等藥物敏感。張騫月等[12]對水產養(yǎng)殖環(huán)境中磺胺類藥物的耐藥菌株進行研究，結果表明奇異變形桿菌屬對磺胺類藥物的耐受性較強，且沉積物是耐藥細菌的主要身材場所。

抗生素可能對水生生物系統(tǒng)平衡造成嚴重的破壞，由于微生物群落是一種相互依存、相互制約的動態(tài)平衡，一些有益菌群如硝化細菌、光合細菌和幾種芽孢桿菌對水環(huán)境中有機物的分解、轉化和循環(huán)起著非常重要的作用,抗生素可以導致一些有益菌的消失和有害細菌的大量繁殖。同時，對相關水生生物的毒性作用也被大量報道。鄧世杰等[13]通過對黑麥草種子的毒性效應進行研究發(fā)現(xiàn)環(huán)丙沙星、磺胺嘧啶對均對種子的發(fā)芽產生抑制作用，且受磺胺嘧啶影響程度最大，環(huán)丙沙星次之。林濤等[14]將斑馬魚胚胎暴露在低劑量磺胺嘧啶下，觀察到斑馬魚出現(xiàn)凝血、孵化能力降低、尾部彎曲等畸形現(xiàn)象。此外，斑馬魚在氟喹諾酮類抗生素作用下會出現(xiàn)基因變化，影響幼魚早期發(fā)育等現(xiàn)象[15]。研究表明，大部分抗生素對水生生物急性毒性都較小，半數(shù)有效濃度EC50通常在mg/L的范圍內。諾氟沙星對刺參幼參的半致死濃度(96 h LC50)為375.5 mg/L，磺胺類抗生素的半致死濃度為296.89 mg/L[16]。

3 分析方法

目前對水中磺胺類和氟喹諾酮類藥物殘留的主要檢測方法有高效液相色譜法、免疫檢測法等。He等[17]采用固相萃取結合高效液相色譜法對水體中11種喹諾酮類抗生素進行分析檢測，線性關系良好，加標回收率為70%～104%，最低檢出限為0.3～1.5 ng/L。趙超群等[18]應用固相萃取技術凈化與富集，采用超高效液相色譜-串聯(lián)質譜法定性和定量測定，建立了飲用水中17種磺胺類藥物殘留的檢測方法，得到了很好的線性關系，能滿足飲用水中的磺胺類化合物的檢測，具有高效、快速、靈敏度高的優(yōu)點。液相色譜法需要大量的水體，以固相萃取等方法進行富集和凈化，前處理要耗費大量的時間，對大量水體樣品的監(jiān)測不易，尤其對遠距離水體的檢測非常困難，而且這類儀器價格昂貴。

與儀器分析方法相比，免疫檢測法(ELISA)具有半定量和一定的定性能力的篩選方法，可以提供待測物的初步信息，該法靈敏度高，分析過程相對簡單，分析速度快。2007年4月至10月間，BYER等[19]用ELISA方法在對安大略湖的地表水草甘膦污染狀況進行了分析，739個樣品中有33%超過了此方法的檢測限(0.1 μg/L)，與傳統(tǒng)的方法比較，他們認為免疫方法更加快速簡單，而且成本低廉，能滿足環(huán)境水質的監(jiān)測要求。Liang等[20]建立了可檢測水體中三唑磷的ELISA方法，其檢測限可達0.02 μg/L，在土壤和水體的加標回收實驗中，回收率良好?？紤]到傳統(tǒng)檢測方法(SPE-LC/MS/MS)方法的缺點，Shelver等[21]制備了磺胺類藥物的抗體，建立了ELISA方法，對環(huán)境水體中的磺胺藥物殘留進行了分析檢測。由于USEPA認為飲用水中阿特拉津的短期暴露可以導致心、肺、腎等潛在的損傷，考慮到傳統(tǒng)方法檢測周期長等不足，Graziano等[22]利用ELISA方法對飲用水的大量樣本進行了分析評估，他們認為免疫方法可以對水體污染進行更加有效的監(jiān)管和控制，能夠大幅度的降低檢測成本。

綜上所述，目前對于環(huán)境水體有機污染物的免疫檢測方法報道較少，雖然認為這種方法高效簡單，高通量，成本低廉。然而大多采用普通ELISA，這種方法由于靈敏度不高(靈敏度完全依賴于抗體)，背景干擾大而難以對環(huán)境中痕量污染物進行檢測[23]，急需研究適合的免疫學新方法來檢測水環(huán)境中的抗生素殘留。

4 結 語

通過對磺胺類藥物和喹諾酮類藥物的污染途徑與分析方法進行分析，了解了該類藥物的污染現(xiàn)狀。然而，隨著抗生素使用量的劇增和環(huán)境分析測試技術的快速發(fā)展，迫切需要研究能同時檢測多種抗生素的既靈敏有高效的檢測方法，為水環(huán)境保護提供技術支撐。