我國(guó)典型淡水水域環(huán)境中喹諾酮類抗生素污染的研究進(jìn)展

摘要：喹諾酮類抗生素（Quinolones，QNs）以其廣譜抗菌特性被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)。隨著使用量的持續(xù)增加，QNs在多種環(huán)境介質(zhì)中被頻繁檢出，已成為水域生態(tài)環(huán)境面臨的長(zhǎng)期且持續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)因子。長(zhǎng)期的QNs選擇壓力誘導(dǎo)抗生素抗性基因（Antibiotic resistant genes，ARGs）的產(chǎn)生與積累，同時(shí)耐藥細(xì)菌群體在水環(huán)境中不斷遷移、擴(kuò)散和增殖，進(jìn)一步加劇了水域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其潛在危害遠(yuǎn)超QNs殘留本身。QNs大量使用并經(jīng)地表和地下徑流最終進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)，使水體和沉積物成為QNs及其ARGs的重要儲(chǔ)存庫(kù)，其對(duì)生態(tài)環(huán)境及公共健康構(gòu)成的威脅日益嚴(yán)峻。本文綜述了我國(guó)典型淡水水域中QNs的來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化及賦存特征，探討了QNs及其相關(guān)ARGs對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為進(jìn)一步研究淡水水域中QNs及其ARGs的環(huán)境行為與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：喹諾酮類抗生素；淡水水域；遷移轉(zhuǎn)化；賦存水平；抗生素抗性基因

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2025）03-0580-14 doi：10.11654/jaes.2024-1123

抗生素（Antibiotics）是一類由微生物產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物，也可通過(guò)化學(xué)合成或半合成方法人工制備，具有抑制微生物生長(zhǎng)及殺滅微生物的能力。自1928年第一種抗生素——青霉素被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，它們對(duì)人類健康和生活做出了重要貢獻(xiàn)。按照功能和化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，抗生素可分為氨基糖苷類（Aminoglyco?sides）、β-內(nèi)酰胺類（Beta-lactams）、林可酰胺類（Lin?cosamides）、大環(huán)內(nèi)酯類（Macrolides）、多肽類（Peptid?eantibiotics）、喹諾酮類（Quinolones）、磺胺類（Sulfon?amides）、四環(huán)素類（Tetracyclines）、氯霉素類（Chlor?amphenicols）和利福霉素類（Rifamycins）等10大類[1]。其中，喹諾酮類抗生素是應(yīng)用最廣泛的抗生素之一，其通過(guò)干擾拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ和DNA旋轉(zhuǎn)酶的功能，阻礙細(xì)菌的DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)以及染色體分裂等關(guān)鍵過(guò)程，最終造成細(xì)菌DNA不可逆損傷，從而發(fā)揮抗菌作用[2]。自1962年首個(gè)喹諾酮類藥物——萘啶酸合成以來(lái)，又陸續(xù)研制出10余種常用喹諾酮類藥物，根據(jù)其抗菌譜的差異可分為4代，其中第3代和第4代喹諾酮類抗生素應(yīng)用最為廣泛，占全球抗生素市場(chǎng)份額的18%[3]。

喹諾酮類抗生素相較于頭孢類、四環(huán)素類等其他抗生素，具有抗菌譜廣、抗菌效果顯著、安全性高、生產(chǎn)成本低、毒副作用小以及降解速度快等優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)[4-5]。然而，喹諾酮類抗生素的大量使用以及在生物體內(nèi)吸收不完全的特性，導(dǎo)致其在環(huán)境介質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品中被頻繁檢出[6–8]。進(jìn)入水體的喹諾酮類抗生素在有效抑制病原微生物生長(zhǎng)的同時(shí)，也對(duì)有益菌群產(chǎn)生不良影響，改變水域中的微生物群落結(jié)構(gòu)，破壞微生態(tài)平衡，并干擾水體中碳、氮、硫等生源元素的地球化學(xué)循環(huán)。此外，喹諾酮類抗生素的長(zhǎng)期殘留可能誘導(dǎo)抗生素抗性基因（Antibiotic resistant genes，ARGs）的產(chǎn)生，ARGs 通過(guò)菌群間傳播與擴(kuò)散，進(jìn)一步威脅生態(tài)環(huán)境及人體健康[9-10]。

為應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，我國(guó)在2022年發(fā)布的《新污染物治理行動(dòng)方案》中，明確將抗生素列為環(huán)境管控重點(diǎn)，并強(qiáng)化對(duì)臨床抗菌藥物和獸用抗菌藥的監(jiān)管，進(jìn)一步加強(qiáng)了社會(huì)對(duì)抗生素殘留危害環(huán)境安全和生物健康問(wèn)題的重視，尤其關(guān)注其殘留可能加速耐藥性在環(huán)境中的傳播問(wèn)題[11]。同時(shí)，世界衛(wèi)生組織（WHO）也將抗生素耐藥性列為當(dāng)前全球食品安全、人類和動(dòng)物健康的主要挑戰(zhàn)之一。因此，本文系統(tǒng)綜述了我國(guó)典型淡水水域中喹諾酮類抗生素的來(lái)源、分布、遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程以及ARGs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，旨在為評(píng)估喹諾酮類抗生素的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)并制定相應(yīng)干預(yù)措施提供科學(xué)依據(jù)和思路。

1 淡水水域中喹諾酮類抗生素的來(lái)源

1.1 外源輸入

1.1.1 源頭生產(chǎn)廢水排放

制藥廠廢水排放是喹諾酮類抗生素進(jìn)入環(huán)境的主要途徑之一。在喹諾酮類抗生素的生產(chǎn)過(guò)程及過(guò)期藥物處置中會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，但現(xiàn)有的廢水處理工藝僅能去除35%～75%的抗生素成分[12]，導(dǎo)致部分抗生素生產(chǎn)企業(yè)排放的廢水和污泥中仍殘留較高濃度的喹諾酮類抗生素，其殘留量甚至可達(dá)到毫克級(jí)別[13-14]。

1.1.2 醫(yī)療及城市污水排放

人類醫(yī)療衛(wèi)生活動(dòng)是喹諾酮類抗生素污染的主要來(lái)源之一[15]。50%～80%的抗生素?zé)o法被人體吸收而以原藥或代謝產(chǎn)物的形式通過(guò)尿液和糞便排出體外[16]。這些排泄物通過(guò)城市排污管道匯入污水處理廠，但由于現(xiàn)有污水處理技術(shù)的局限性，加之抗生素尚未被納入污水排放標(biāo)準(zhǔn)，部分抗生素未能完全去除，最終直接排放到水環(huán)境中。

1.1.3 畜禽養(yǎng)殖業(yè)藥物投入和廢物排放

喹諾酮類抗生素作為人畜共用藥物，不僅被廣泛用于防治動(dòng)物細(xì)菌性疾病，還被制成促生長(zhǎng)劑添加到飼料中[17-18]。因此，在畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生并排放大量含喹諾酮類抗生素的廢水和動(dòng)物排泄物。尤其在農(nóng)村地區(qū)，這些廢棄物通常被用作土壤肥料，并通過(guò)雨水沖刷、地表徑流以及地下水循環(huán)等途徑最終進(jìn)入水體環(huán)境，顯著增加淡水環(huán)境中的抗生素負(fù)荷。

1.2 內(nèi)源輸入

集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的高密度放養(yǎng)模式容易導(dǎo)致水生生物疾病頻發(fā)，為防治養(yǎng)殖生物的細(xì)菌性感染，喹諾酮類抗生素被大量使用。然而，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中的抗生素殘留問(wèn)題已被廣泛關(guān)注。例如，在天津近郊的養(yǎng)殖區(qū)，表層水和沉積物中均檢測(cè)到喹諾酮類抗生素殘留，其最高檢出量分別達(dá)26.80 μg·L-1和65.11 ng·g-1 [19]。此外，由于水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)通常靠近河流、湖泊等水體，其抗生素殘留對(duì)周邊地表水環(huán)境的潛在影響更加顯著。

綜上所述，我國(guó)淡水水域中喹諾酮類抗生素的污染主要來(lái)源于陸地外源輸入（包括制藥廢水、醫(yī)療廢水及畜禽養(yǎng)殖廢物）和水產(chǎn)養(yǎng)殖的內(nèi)源輸入（圖1）。其中，制藥廢水和城市污水因抗生素濃度較高且去除難度較大，是主要的污染來(lái)源；而畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗生素的使用和排放，則進(jìn)一步加劇了淡水環(huán)境中的污染負(fù)荷。因此，為了減少喹諾酮類抗生素的環(huán)境污染，亟需加強(qiáng)抗生素管理、優(yōu)化污水處理工藝，并嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖中的抗生素濫用。

2 淡水水域環(huán)境中喹諾酮類抗生素的環(huán)境行為

喹諾酮類抗生素進(jìn)入淡水環(huán)境后，會(huì)經(jīng)歷遷移、吸附、擴(kuò)散、降解等一系列過(guò)程，并在水相和沉積物之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。這些環(huán)境行為不僅決定了喹諾酮類抗生素的生態(tài)歸趨，也對(duì)水生生物及微生物群落構(gòu)成了潛在風(fēng)險(xiǎn)（圖2）。

2.1 遷移、擴(kuò)散及水?沉積物分配機(jī)制

2.1.1 水環(huán)境中遷移與擴(kuò)散

喹諾酮類抗生素的遷移受水流動(dòng)力學(xué)、物理化學(xué)特性和環(huán)境因素（pH、溶解性、顆粒物濃度）等多種因素的影響。在流動(dòng)性較差的池塘、湖泊和水庫(kù)等靜水環(huán)境中，由于具有強(qiáng)烈的顆粒和膠體吸附能力[20-21]，喹諾酮類抗生素更容易在水體-沉積物界面積累并向底部沉降。研究發(fā)現(xiàn)珠江口養(yǎng)殖區(qū)沉積物中喹諾酮類抗生素的檢出率和種類顯著高于水體環(huán)境，這表明沉積物不僅是水域環(huán)境中喹諾酮類抗生素的重要儲(chǔ)存庫(kù)，更可能成為潛在的污染源[22]。相比之下，在河流等水流速度較快的環(huán)境中，喹諾酮類抗生素更容易隨懸浮顆粒物遷移并在下游區(qū)域富集。例如，松花江監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在松花江干流和3條支流中均有喹諾酮類抗生素的檢出，且3條支流中檢測(cè)到的抗生素質(zhì)量濃度顯著高于干流各斷面，導(dǎo)致支流匯入口下游斷面抗生素濃度呈增加趨勢(shì)[23]。

2.1.2 水?沉積物系統(tǒng)中的吸附及分配

喹諾酮類抗生素在淡水環(huán)境中的歸趨行為主要受水-沉積物分配機(jī)制影響，涉及吸附、沉降、解吸和再釋放等過(guò)程。

吸附作用包括物理吸附和化學(xué)吸附兩種形式：物理吸附是通過(guò)范德華力、靜電作用等非化學(xué)鍵作用實(shí)現(xiàn)的，而化學(xué)吸附則是喹諾酮類抗生素分子中的羧基、氨基、羥基等活性基團(tuán)與顆粒物表面結(jié)合（如絡(luò)合、氫鍵和π?π相互作用）的過(guò)程[24–26]。吸附作用決定了喹諾酮類抗生素在水體中的遷移能力和持久性，主要受分配系數(shù)（Kd）、環(huán)境因素（pH、溫度、離子強(qiáng)度和溶解性有機(jī)物等）以及沉積物礦物組成等因素影響。研究表明，喹諾酮類抗生素的Kd值較高，更傾向于吸附在沉積物上[27]。同時(shí)，Kd在空間上呈現(xiàn)顯著差異性，這表明沉積物理化性質(zhì)和水文因素也是影響喹諾酮類抗生素分配行為的重要因素[28]。

環(huán)境條件對(duì)吸附行為的影響尤為顯著。例如，在酸性條件下，喹諾酮類抗生素主要以陽(yáng)離子形式存在，更容易與沉積物表面的負(fù)電荷結(jié)合；而在較高pH條件下，抗生素主要以陰離子形式存在，可能因靜電排斥力導(dǎo)致其從沉積物中重新釋放進(jìn)入水相[29]。此外，離子強(qiáng)度降低或水體擾動(dòng)等環(huán)境變化也可能引起沉積物中吸附的抗生素被重新釋放，導(dǎo)致“二次污染”[28]。研究還發(fā)現(xiàn)，沉積物中的腐殖質(zhì)和有機(jī)碳會(huì)顯著影響喹諾酮類抗生素的吸附能力，而高鹽度或高溶解性有機(jī)物可能促進(jìn)其從沉積物中解吸[30]。

2.2 降解機(jī)制及相互作用

喹諾酮類抗生素在淡水環(huán)境中的降解主要通過(guò)水解（Hydrolysis）、光解（Photodegradation）和微生物降解（Biodegradation），它們相互影響并決定了喹諾酮類抗生素的環(huán)境持久性和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1 水解

水解是喹諾酮類抗生素在環(huán)境中的主要降解途徑之一，其速率受pH、溫度、金屬離子等因素的顯著影響。喹諾酮類抗生素在水中通常以陽(yáng)離子、陰離子或兩性離子形態(tài)存在，不同pH條件下其官能團(tuán)的質(zhì)子化或去質(zhì)子化狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化，從而影響水解速率[31-32]。例如，研究發(fā)現(xiàn)喹諾酮類抗生素以兩性離子形態(tài)存在時(shí)的水解速率最快：諾氟沙星的水解速率隨著pH升高而顯著增加，pH為3時(shí)諾氟沙星的水降速率最小，pH為11時(shí)最為顯著[33]；鹽酸環(huán)丙沙星在pH為9的水體中降解速率最快，而當(dāng)pH為3時(shí)最為穩(wěn)定[34]。溫度也是影響喹諾酮類抗生素水解速率的關(guān)鍵因素，其速率隨著水溫升高而加快[35-36]。此外，喹諾酮類抗生素的水降速率還與其水溶性、揮發(fā)性和吸附性等特性密切相關(guān)[37]。

2.2.2 光解

光解是喹諾酮類抗生素在淺水區(qū)和表層水體中的主要降解途徑。水體中的抗生素在陽(yáng)光照射下吸收能量后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，隨后引發(fā)光氧化、光氯化和光水解等一系列化學(xué)反應(yīng)[38-39]。光解速率受光照強(qiáng)度、波長(zhǎng)、無(wú)機(jī)離子、溶解性有機(jī)物（腐殖質(zhì)）和金屬離子等因素的影響[40]，此外，光敏劑作為誘發(fā)抗生素光降解的關(guān)鍵催化劑，對(duì)降解速率也具有顯著影響[41-42]。在漁業(yè)水域中，紫外線輻射較強(qiáng)的表層水中喹諾酮類抗生素的光解速率較快，而沉積物中的抗生素因光照不足，降解速率顯著降低。腐殖質(zhì)和金屬離子可能通過(guò)激發(fā)自由基促進(jìn)光解。

2.2.3 微生物降解及與其他降解途徑的協(xié)同作用

微生物降解是喹諾酮類抗生素在淡水環(huán)境中去除的關(guān)鍵過(guò)程，通過(guò)羥基化、脫氟、脫氧、脫水、去甲基化和側(cè)鍵裂解等一系列生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)降解抗生素，從而降低其環(huán)境持久性和毒性。其效率受菌群組成、環(huán)境條件和底物濃度等因素的顯著影響。目前，已經(jīng)篩選出能夠降解喹諾酮類抗生素的細(xì)菌，包括微桿菌屬、蒼白桿菌屬、葡萄球菌屬、嗜熱菌屬等[43]。通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)條件，能夠顯著提高某些微生物的降解效率。例如，微桿菌屬菌株Microbacterium sp. QL 能夠在30 ℃、pH 7的條件下，經(jīng)過(guò)216 h，降解45.6%的初始濃度為100 mg·L-1 的諾氟沙星[44]；另一種菌株Micro?bacterium sp. 4N2-2 可以通過(guò)羥基化、氧化脫氟、脫乙基化和N-乙?；到庵Z氟沙星[45]。嗜熱菌Thermussp. C419 對(duì)喹諾酮類抗生素也有較好的降解效果，在70 ℃的高溫條件下，抗生素濃度越高，降解速率越快[46]。白腐真菌被證實(shí)能夠通過(guò)木質(zhì)素改性酶和胞外酶的非特異性酶系統(tǒng)對(duì)喹諾酮類抗生素進(jìn)行礦化降解，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，從而實(shí)現(xiàn)高效降解[47]。值得注意的是，混合菌群的降解效果通常優(yōu)于單一菌株[48]。例如，水過(guò)濾器中的微生物菌群能夠有效降解水環(huán)境中的環(huán)丙沙星，28 d后去除率可達(dá)89%，其中鐵銹桿菌屬和白桿菌屬是主要的優(yōu)勢(shì)菌屬[45]。此外，已有研究表明，抗生素光降解產(chǎn)物可以進(jìn)一步增強(qiáng)微生物降解效果，形成一種協(xié)同降解效應(yīng)[49]。

在不同水體環(huán)境中，不同降解途徑的貢獻(xiàn)率存在顯著差異。在湖泊和水庫(kù)中，光解作用較弱，微生物降解是主要去除機(jī)制；而在河流環(huán)境中，水流稀釋和微生物降解共同主導(dǎo)喹諾酮類抗生素的去除過(guò)程。盡管喹諾酮類抗生素在水體中可以降解，但由于環(huán)境中的持續(xù)輸入，它們?nèi)员憩F(xiàn)出“假持久性”而長(zhǎng)時(shí)間存在于淡水水域環(huán)境中[50]。這種持久性不僅增加了抗生素對(duì)水生生物的潛在風(fēng)險(xiǎn)，還可能誘導(dǎo)ARGs的傳播，加劇生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3 淡水水域中喹諾酮類抗生素的賦存水平

近年來(lái)，喹諾酮類抗生素在全球范圍內(nèi)的水環(huán)境中均有檢測(cè)到，即使是人跡罕至的南極洲地區(qū)也不能幸免[51]。通過(guò)對(duì)已有報(bào)道的我國(guó)典型淡水水域中喹諾酮類抗生素的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，氧氟沙星、諾氟沙星、恩諾沙星和環(huán)丙沙星是檢出率最高的抗生素種類（表1）。以長(zhǎng)江下游江蘇段為例，該區(qū)域流經(jīng)南京、鎮(zhèn)江、揚(yáng)州、無(wú)錫、蘇州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，受到工業(yè)廢水、城市污水、農(nóng)業(yè)面源和水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水排放的顯著影響，水體中喹諾酮類抗生素殘留濃度較高，最高濃度可達(dá)2 717.31 ng·L-1 [52]；而石家莊位于華北平原，是我國(guó)重要的工業(yè)城市，同樣面臨嚴(yán)重的工業(yè)廢水、城市污水和農(nóng)業(yè)面源排放問(wèn)題，由于該地區(qū)年降水量遠(yuǎn)低于長(zhǎng)江下游流域，水體自凈能力較弱，喹諾酮類抗生素在水體中的殘留濃度也較高，水體中最高可達(dá)1 674.97ng·L-1，沉積物中最高可達(dá)1 300 ng·g-1 [28，53]。

喹諾酮類抗生素不僅可以通過(guò)攝食被水生生物吸收，也可以通過(guò)魚鰓或體表直接從水體中吸收[69]，而消費(fèi)者食用含有抗生素殘留的水產(chǎn)品可能面臨一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，喹諾酮類抗生素在水產(chǎn)品中的殘留水平因地區(qū)和品種而異。例如，越南水產(chǎn)品中喹諾酮類抗生素的殘留濃度（4～4 000 ng·g-1）[70]gt;我國(guó)（ND～984 ng·g-1）[71]gt;阿根廷（ND～97.89 ng·g-1）[72]gt;意大利（0.84～3.59 ng·g-1）[73]。恩諾沙星、諾氟沙星、環(huán)丙沙星和氧氟沙星是喹諾酮類抗生素在水產(chǎn)品中常見(jiàn)的殘留種類（表2）。

4 淡水水域中喹諾酮類ARGs的特征

ARGs作為水環(huán)境中的重要污染物，具有遺傳性和水平轉(zhuǎn)移的生物學(xué)特性，相比于抗生素本身更容易在環(huán)境微生物群落之間遷移和傳播，并長(zhǎng)期存留在環(huán)境中。因此，逐年增加的耐藥菌和ARGs嚴(yán)重威脅著生態(tài)環(huán)境安全和人類健康。喹諾酮類ARGs的來(lái)源可分為外源輸入與內(nèi)源激活兩大類。外源輸入主要源自醫(yī)療、制藥、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗生素的廣泛使用，經(jīng)廢水排放、污水處理和沉積物釋放等途徑進(jìn)入環(huán)境，導(dǎo)致水體中ARGs的大量富集[84–86]。研究表明，城市污水處理工藝雖然能去除大部分耐藥菌群和抗性基因，但仍有2.77×104 CFU·mL-1的耐藥細(xì)菌和3.98×104 copies·mL-1的喹諾酮類ARGs通過(guò)處理后的污水進(jìn)入自然環(huán)境[87]。內(nèi)源激活則是指在抗生素污染壓力誘導(dǎo)環(huán)境微生物中潛在ARGs的表達(dá)，加速ARGs的傳播與積累[88]，進(jìn)一步加劇水體的耐藥性風(fēng)險(xiǎn)。

4.1 喹諾酮類ARGs的分布特征

喹諾酮類ARGs在我國(guó)典型淡水水域環(huán)境中廣泛存在，包括洞庭湖、鄱陽(yáng)湖、黃浦江、沂河、渭河、太湖、珠江等（表3），其中qnrA、qnrB 和qnrS 是主要的抗性基因，在水體和沉積物中的檢出率和豐度均處于較高水平。喹諾酮類ARGs分布特征受污染源類型、土地利用模式及人類活動(dòng)的影響，尤其水產(chǎn)養(yǎng)殖和污水排放等區(qū)域被認(rèn)為是水體抗生素和抗性基因的主要潛在來(lái)源。徐慕等[89]利用宏基因組學(xué)高通量測(cè)序技術(shù)，在上海市沙田湖養(yǎng)殖區(qū)及周邊水體中共檢測(cè)出46種喹諾酮類ARGs和5種耐藥機(jī)制，水體平均豐度高達(dá)60 553 read·L-1；在太湖流域，qnrB、qnrS 和aac（6 ′）-Ib 喹諾酮類ARGs在地表水及來(lái)源于畜禽、人類等的抗性大腸桿菌中被廣泛檢測(cè)出，表明該水域內(nèi)ARGs的廣泛傳播與畜禽養(yǎng)殖和人類活動(dòng)密切相關(guān)，受污染源排放驅(qū)動(dòng)明顯[90]。珠江三角洲地區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，同時(shí)也是水產(chǎn)養(yǎng)殖、制藥工業(yè)、城市污水排放最為集中的區(qū)域，其水體和沉積物樣本中均檢測(cè)到了qnrA、qnrD 和qnrS 的殘留，水體中ARGs污染水平高于沉積物，但沉積物可作為長(zhǎng)期ARGs儲(chǔ)存庫(kù)，反映水環(huán)境中ARGs的累積和遷移特征[91]。對(duì)沂河水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示有qnrB 抗性基因的殘留，且市區(qū)段部分樣品中qnrB 的豐度更高，說(shuō)明人為活動(dòng)和污水排放等對(duì)喹諾酮類ARGs污染起主導(dǎo)作用[92]。

喹諾酮類ARGs的豐度受季節(jié)、環(huán)境因子和污染源輸入影響，表現(xiàn)出顯著的空間和時(shí)間變化特征。以東洞庭湖流域?yàn)槔?，陳金明等[93]采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)，分別對(duì)豐水期和枯水期的沉積物樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示豐水期喹諾酮類qnrS 抗性基因豐度要高出枯水期一個(gè)數(shù)量級(jí)，可能是因?yàn)樨S水期沉積物的溫度和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度等條件更適合微生物的生長(zhǎng)和繁殖。而在鄱陽(yáng)湖流域的地表水和地下水樣品中檢測(cè)到qnrA 和qnrB 喹諾酮類ARGs的殘留，特別是在農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)較多的流域西部地區(qū)[94]。此外，在尼泊爾加德滿都谷地的河流中也檢測(cè)到抗性基因qnrA 和qnrS（檢出率為66.67%）[95]。與我國(guó)淡水水域相比，該區(qū)域環(huán)境中喹諾酮類ARGs豐度整體較高，且波動(dòng)范圍更廣，這可能與不同污染源的輸入以及環(huán)境條件的多樣性密切相關(guān)。這些研究均表明了工業(yè)廢水、城市污水、農(nóng)業(yè)面源污染和養(yǎng)殖尾水排放等是驅(qū)動(dòng)ARGs擴(kuò)散的主要因素，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的安全構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 喹諾酮類AGRs的傳播及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

喹諾酮類AGRs[如qnr、qac、aac（6 ′）-Ib-cr]主要以胞內(nèi)抗性基因（Intracellular ARGs，iARGs）和胞外抗性基因（Extracellular ARGs，eARGs）兩種形式存在[97]。iARGs通常位于抗生素抗性細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)，能夠通過(guò)垂直基因轉(zhuǎn)移傳播（Vertical gene transfer，VGT）至后代，或者通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移（Horizontalgene transfer，HGT）傳遞給其他物種[98]。其中，HGT是ARGs在環(huán)境中傳播的主要機(jī)制，包括質(zhì)粒轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化及拼接等移動(dòng)遺傳元件的傳播[99–100]。而eARGs則通常來(lái)源于活細(xì)菌分泌釋放或細(xì)菌死亡裂解，以游離DNA 的形式釋放到環(huán)境中，并吸附在沉積物或土壤顆粒上，在環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定存留，也可通過(guò)轉(zhuǎn)化作用進(jìn)入其他細(xì)菌體內(nèi)，使其獲得抗生素抗性[101–102]。喹諾酮類ARGs 的產(chǎn)生與細(xì)菌感染防治和養(yǎng)殖投入中喹諾酮類抗生素的過(guò)度使用密切相關(guān)。工業(yè)廢水、城市污水、農(nóng)業(yè)用水和養(yǎng)殖尾水排放等人為活動(dòng)也為喹諾酮類ARGs 的富集與傳播提供了條件[103]。喹諾酮類ARGs 的傳播在淡水水域環(huán)境中受多種環(huán)境因子（溫度、pH、鹽度、金屬離子）的共同調(diào)控。適宜的溫度可促進(jìn)抗性質(zhì)粒的HGT 過(guò)程[104]；pH 也對(duì)ARGs 的水平轉(zhuǎn)移具有調(diào)節(jié)作用，酸性環(huán)境通常促進(jìn)其轉(zhuǎn)移，而堿性環(huán)境則可能表現(xiàn)為抑制作用[105]；鹽度的變化則通過(guò)改變微生物群落結(jié)構(gòu)，影響ARGs的分布，特別是在河口和開放水域，鹽度的變化會(huì)打破ARGs的VGT 平衡，并具有季節(jié)性差異[106]。此外，沉積物、納米材料、離子液體和農(nóng)藥等非抗生素化學(xué)品的存在也會(huì)加快喹諾酮類ARGs全球同化和傳播過(guò)程[107–110]。

喹諾酮類ARGs 的傳播不僅誘導(dǎo)細(xì)菌耐藥性產(chǎn)生，還會(huì)通過(guò)消除缺乏抵抗力的物種來(lái)改變水體微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能[111–112]，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能和生物健康造成多重影響。隨著時(shí)間的推移ARGs 會(huì)在沉積物中富集，進(jìn)一步加劇耐藥性傳播[113]。研究表明，混養(yǎng)模式池塘的沉積物中ARGs 的豐度要顯著高于非混養(yǎng)模式池塘[114]，同時(shí)喹諾酮類ARGs的存在削弱了抗生素治療效果，增加了水產(chǎn)動(dòng)物疾病暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。在利用智利鮭魚進(jìn)行藥敏試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其對(duì)喹諾酮類抗生素具有更高的耐藥性[115–117]。此外，ARGs可能通過(guò)食物鏈向魚類、鳥類乃至人類等更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物傳遞，增加人群暴露風(fēng)險(xiǎn)[118–119]。

喹諾酮類抗生素的持續(xù)使用不僅推動(dòng)耐藥菌的增殖，還通過(guò)VGT和HGT過(guò)程使ARGs廣泛傳播，影響非靶標(biāo)生物的健康，并改變生態(tài)系統(tǒng)功能。因此，在抗生素污染防控中，應(yīng)將ARGs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)納入環(huán)境管理體系，并加強(qiáng)生態(tài)毒理學(xué)研究，以評(píng)估其對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響。

5 展望

喹諾酮類抗生素污染問(wèn)題在我國(guó)典型淡水水域中表現(xiàn)尤為突出，人口、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市化狀況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)喹諾酮類抗生素的分布具有關(guān)鍵影響。隨著抗生素使用量的增加，水體和沉積物已成為抗生素及其ARGs的主要存儲(chǔ)庫(kù)，并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和食品安全構(gòu)成潛在威脅。加之由于新藥物研發(fā)的滯后性，喹諾酮類抗生素在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中防治疾病的關(guān)鍵藥物。因此，在合理和科學(xué)使用抗生素的前提下，未來(lái)需要圍繞以下幾個(gè)方向開展深入研究。

（1）加強(qiáng)抗生素的使用監(jiān)管：建立抗生素使用追蹤與溯源系統(tǒng)，解析抗生素在“投入品-產(chǎn)地環(huán)境-養(yǎng)殖過(guò)程”中的消長(zhǎng)變化規(guī)律及危害形成機(jī)制，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)抗生素使用的精細(xì)化管理；制定抗生素排放標(biāo)準(zhǔn)，明確養(yǎng)殖廢水、醫(yī)藥工業(yè)廢水和城市污水的抗生素濃度限制。

（2）提升污水處理效率：促進(jìn)污水處理廠技術(shù)升級(jí)，推廣高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）、膜生物反應(yīng)器（MBR）、活性炭吸附等高效去除抗生素的方法；同時(shí)，在農(nóng)業(yè)和畜禽養(yǎng)殖廢水處理中，鼓勵(lì)使用人工濕地、生物膜反應(yīng)器等生態(tài)友好型技術(shù)，降低抗生素的環(huán)境負(fù)荷。

（3）構(gòu)建抗生素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系：建立全國(guó)抗生素污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)重點(diǎn)污染水域進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和環(huán)境建模，建立抗生素“源-徑-匯”過(guò)程的精準(zhǔn)定量和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，搭建基于人工智能技術(shù)的抗生素智慧預(yù)警管理平臺(tái)，優(yōu)化水環(huán)境管理決策。

（4）推動(dòng)綠色替代方案：推廣抗生素替代品，如益生菌、植物提取物、酶制劑等，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜牧業(yè)的健康養(yǎng)殖水平；加快抗生素替代技術(shù)的研發(fā)，鼓勵(lì)低抗生素或無(wú)抗生素養(yǎng)殖模式，減少環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

（5）政府、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)界應(yīng)通力合作，在環(huán)境管理、技術(shù)創(chuàng)新和政策優(yōu)化等方面形成合力，確保我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量的長(zhǎng)期安全和可持續(xù)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：李丹）