基于逐步回歸模型的池塘養(yǎng)殖環(huán)境環(huán)丙沙星暴露水平預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建

摘要：為實(shí)現(xiàn)對(duì)池塘養(yǎng)殖水體中環(huán)丙沙星殘留量的短期預(yù)測(cè)，采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對(duì)太湖流域養(yǎng)殖池塘的水體和沉積物樣本進(jìn)行恩諾沙星（ENR）與環(huán)丙沙星（CIP）殘留量分析。通過(guò)詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，揭示了池塘水體中恩諾沙星含量、環(huán)丙沙星含量以及沉積物中恩諾沙星含量、環(huán)丙沙星含量之間的線性相關(guān)性數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步重點(diǎn)考察了關(guān)鍵理化指標(biāo)（溫度、溶氧、pH，以及樣品的懸浮物含量、總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)）與以下4個(gè)過(guò)程的相互作用關(guān)系：（1）沉積物恩諾沙星含量與環(huán)丙沙星含量；（2）水體恩諾沙星含量與環(huán)丙沙星含量；（3）水體恩諾沙星含量與沉積物恩諾沙星含量；（4）沉積物環(huán)丙沙星含量與水體環(huán)丙沙星含量。通過(guò)細(xì)致的變量篩選與計(jì)算，最終構(gòu)建了沉積物中環(huán)丙沙星含量的預(yù)測(cè)模型：C（CsIePd ） = 0.647 + 0.191C（EsNedR） - 1.358CTP，該模型的決定系數(shù)（R）為0.805，具有一定的預(yù)測(cè)價(jià)值；同時(shí)，還建立了沉積物中環(huán)丙沙星含量預(yù)測(cè)水體中環(huán)丙沙星含量的預(yù)測(cè)模型：C（CwIPat ） = ?0.413 - 0.017C（CsIePd ） -0.063A+0.174B，其R達(dá)到了0.646，顯示出良好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。模型的構(gòu)建為水產(chǎn)池塘養(yǎng)殖水體中環(huán)丙沙星殘留量的有效監(jiān)控提供了技術(shù)支撐，可通過(guò)沉積物中環(huán)丙沙星的含量預(yù)估水體中環(huán)丙沙星的含量。

關(guān)鍵詞：環(huán)丙沙星；恩諾沙星；回歸模型；預(yù)測(cè)模型

中圖分類號(hào)：X714 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2025）03-0750-09 doi：10.11654/jaes.2024-1128

抗生素是主要的抑菌劑類藥物，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療健康、畜牧業(yè)[1]以及水產(chǎn)養(yǎng)殖[2]等行業(yè)。其在畜牧業(yè)中被廣泛用于治療和預(yù)防疾病，并作為飼料添加劑來(lái)增加動(dòng)物的質(zhì)量[3]。常見(jiàn)的抗生素種類有喹諾酮類、磺胺類、四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類以及β-內(nèi)酰胺類[4]。水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)在我國(guó)占據(jù)重要地位，我國(guó)連續(xù)30余年保持世界上最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖國(guó)家地位[5]，2023年全國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)到7 116萬(wàn)t。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大以及養(yǎng)殖產(chǎn)量的逐漸增加，水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物常遭受病害侵襲，病害通常由病毒、細(xì)菌、真菌以及原生動(dòng)物等引起。針對(duì)水產(chǎn)病害，通常選用抗生素來(lái)增強(qiáng)水產(chǎn)動(dòng)物抗病能力，減弱病害侵襲，因此水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗生素消耗量逐年攀升。近年，在水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作以及水產(chǎn)動(dòng)物抽檢中，各大類抗生素均有殘留檢出。水產(chǎn)品中殘留的抗生素可能通過(guò)食物鏈傳播[6]，首先引起水體污染[7]，既而造成食品安全以及潛在風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人體健康以及環(huán)境造成一定威脅，因此，加強(qiáng)對(duì)抗生素的監(jiān)測(cè)并及時(shí)防控具有重要意義。

恩諾沙星（Enrofloxacin，ENR）為氟喹諾酮類化學(xué)合成抑菌劑[8-11]，會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)乙基肝微粒體酶的催化作用下脫去一個(gè)乙基，代謝為環(huán)丙沙星（Ciprofloxa?cin，CIP）[12]，環(huán)丙沙星在作為代謝產(chǎn)物的前提下，水體中不會(huì)大量富集，但其仍具有較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)水體環(huán)境及水生生物會(huì)造成一定的威脅。環(huán)丙沙星與恩諾沙星的藥理作用相似，但具有特殊的作用機(jī)制及種屬差異，易產(chǎn)生耐藥性且具有較強(qiáng)的毒副作用，《無(wú)公害食品漁用藥物使用準(zhǔn)則》已于2002年將其列為禁用漁藥[13]。

養(yǎng)殖池塘是進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的必要場(chǎng)所，其底部會(huì)沉積大量淤泥，淤泥是細(xì)菌、真菌、病毒、寄生蟲(chóng)等致病元素的最佳藏身之處，因此對(duì)養(yǎng)殖池塘水體以及養(yǎng)殖池塘沉積物中的污染物殘留量要有清晰的了解。由于恩諾沙星在畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的廣泛使用，其降解產(chǎn)物環(huán)丙沙星在養(yǎng)殖水體中也有殘留和蓄積[14]，在我國(guó)典型湖泊水體、沉積物和有機(jī)體中均有不同程度的檢出[15]。直接檢測(cè)魚(yú)類生物樣本中的抗生素殘留面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)。目前測(cè)定各種樣品基質(zhì)中有機(jī)化合物最常用的技術(shù)一般有高效液相色譜法和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[16-18]。雖然通過(guò)固相萃取技術(shù)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)分子富集，恩諾沙星、環(huán)丙沙星的檢出限為0.3μg·L-1，定量限為1 μg·L-1，回收率為80%～120%[19]，但依賴大型儀器和復(fù)雜前處理的特點(diǎn)顯著制約了其實(shí)際應(yīng)用。尤其對(duì)于魚(yú)類這類生物基質(zhì)復(fù)雜的樣本，需要經(jīng)歷組織均質(zhì)、蛋白質(zhì)沉淀、脂類去除等多步前處理，檢測(cè)周期長(zhǎng)。色譜/質(zhì)譜法雖具有高靈敏度和抗干擾能力[20]，但設(shè)備購(gòu)置成本高，且需要專業(yè)技術(shù)人員操作，難以滿足養(yǎng)殖池塘高頻次、多點(diǎn)位的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)需求，無(wú)法實(shí)時(shí)掌握抗生素暴露動(dòng)態(tài)。太湖流域水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)眾多，對(duì)養(yǎng)殖用抗生素殘留量的大致估算對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的長(zhǎng)期穩(wěn)定健康發(fā)展至關(guān)重要。因此，本研究通過(guò)對(duì)太湖周邊不同養(yǎng)殖池塘的池塘水以及沉積物中恩諾沙星和環(huán)丙沙星含量進(jìn)行檢測(cè)，擬對(duì)池塘水和沉積物中恩諾沙星和環(huán)丙沙星含量關(guān)系構(gòu)建不同的模型，初步對(duì)養(yǎng)殖池塘中環(huán)丙沙星的大致暴露水平進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，構(gòu)建相關(guān)含量預(yù)測(cè)模型。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究采樣點(diǎn)以太湖流域?yàn)榍腥朦c(diǎn)，選取太湖周邊水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘，包括江陰市、宜興市、錫山區(qū)和惠山區(qū)的40個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘，共80個(gè)樣本點(diǎn)，其地理坐標(biāo)范圍為北緯31°27′21″～31°56′34″，東經(jīng)119°36′51″～120°35′29″。于2024年8—10月份共采取80個(gè)點(diǎn)位的養(yǎng)殖池塘水和沉積物，采集后的樣品放置于塑料瓶中，并盡快運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室，置于-20 ℃冰箱冷凍保存。