水环境中抗生素的来源、归趋、循环及生物效应

水环境中抗生素的来源、归趋、循环及生物效应

肖永锋

（佛山市玉凰生态环境科技有限公司 广东佛山 528000）

摘要：抗生素自20世纪40年代引入医学以来，一直是现代医疗保健的核心。因为抗生素的使用原来越广泛，水环境中已经检测出了相当浓度的抗生素，这些都对水生态环境系统造成严重影响，并且对水体中生物产生毒害作用。本文通过对水环境抗生素来源及其在水环境中的循环进行总结，了解抗生素在水环境中的发生，为水环境中抗生素的去除提供参考依据。

关键词：抗生素，水环境，循环，降解

1.引言

抗生素（Antibiotics）指由细菌、霉菌或其他微生物在生活过程中所产生，具有抗病病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰或抑制致病微生物的生存，广泛地应用于人类及动物的疾病防治、农业生产、畜牧及水产养殖等领域[1]。

2000年至2010年间，抗生素药物的消费量增加了35%，巴西、俄罗斯、印度、中国和南非等发展中国家抗生素的消费量占这一增长的76%[2]。

虽然抗生素已经使用了几十年，仅在最近几年才对抗生素物质进行更复杂的调查。并且由于传统的污水处理厂并不针对污水中抗生素的去除，因此大量的抗生素药物会随污水处理厂的尾水进入环境[3]。在污水处理厂（STP）出水和地表水中发现了大量的药物残留，包括消炎药，脂质调节剂和β-受体阻滞剂。它们在STP出水中的浓度范围高达5μg/L。[3]。

抗生素的大量生产、使用、甚至滥用，抗生素和抗性基因（耐药性）污染已经成为一个全球性的环境健康问题[4]。通过研究抗生素的来源、迁移、转化，了解抗生素在水环境中的循环及迁移、转化，对我们控制抗生素及抗性基因耐药性污染具有指导意义。

2.水环境中抗生素来源

抗生素的来源有天然来源和人工合成[5]。青霉素是天然来源的抗生素，是由青霉属（Penicillium）真菌产生或来自链霉菌属（Streptomyces）细菌的链霉素，一些β-内酰胺类，链霉素类，氨基糖苷类等，都是由土壤细菌产生的。目前的抗生素多由化学合成如磺胺类药物（例如磺胺甲恶唑），或者通过化学修饰天然来源的抗生素化合物。由于天然抗生素的发生需要较高的细菌密度，水相中细菌富集密度比较低，因此自然水体中抗生素很难产生。到目前为止，还没有关于沉积物或水生环境中抗生素产生的报告[6]。

目前已经已经有许多研究证明在地表水、污水甚至是地下水中检测到抗生素的存在。秦延文等检测了大辽河表层水体中四环素类（TCs）、大环内酯类（MLs）、磺胺类（SAs）和喹诺酮类（FQs）和氯霉素类（CPs）的污染水平和污染特征，辽河表层水体中共检测出10种抗生素，其质量浓度范围为nd（低于检出限）~1.380μg/L。检出的抗生素中喹诺酮类抗生素的检出种类及检出浓度均较高[7]。刘茂胜等检测珠江局部流域水体环境中四环素类、磺胺类、大环内酯类、氟喹诺酮类、离子载体类等41种抗生素化合物含量状况，结果表明，检出物浓度介于0.2~740ng/L之间，其中10种抗生素在所采集样品中100%检出，大环内酯类、磺胺类检出质量浓度较高，占到检出抗生素类总量的67%[13]。

3.抗生素在水环境中的迁移、转化与归趋

目前在环境中地表水、地下水甚至饮用水中都检测到不同浓度的抗生素。图1表示了环境中抗生素的来源与可能迁移途径。各种来源的抗生素直接排入地表水以及土壤中，通过垃圾填埋渗滤液的渗滤作用、土壤的渗透扩散，以及受污染的地表水回灌等途径进入地下水体。地下水进入饮用水净化厂，由于抗生素未被完全消除而进入人体[8]。抗生素药物一旦进入地表水体后，可以通过多种反应机制(如离子交换和极性亲水性反应等)从水相转移到固相中。环素类化合物还极易与水中的钙、镁离子等发生配位反应，可以与水中的固体悬浮颗粒发生强烈的吸附作用，然后通过重力沉淀存在于河流沉积物中[9]。

图1 环境中抗生素的来源和可能迁移途径

（图片来源：高品等，2013[8]）

4.水环境中抗生素的去除

吸附，浸出和降解是抗生素在水环境中的三个重要过程，这些过程由抗生素的物理化学性质驱动，例如它们的分子结构、大小、形状、溶解度、物种形成和疏水性。抗生素在水环境中的降解途径主要有生物降解和非生物降解。非生物降解主要有水解、光解和氧化还原反应，生物降解途径主要包括微生物降解和生物转化。

天然微生物群落是控制土壤和水生态系统质量以及调节释放到环境中的污染归趋的几个过程中的关键参与者，在这个意义上，它们提供称为“调节”的生态系统服务。Mazel等研究表明，光降解是影响氟喹诺酮类药物环境归趋的重要因素之一[10]。

5.抗生素的生物效应

抗生素越来越多的使用和随之产生的多重抗性细菌对人类健康构成严重威胁。此外，一旦进入环境，抗生素会影响天然微生物群落。由于它们具有丰富的遗传多样性和代谢能力，它们参与了生物地球化学循环和有机污染物降解。

Deng等采用高效液相色谱-电喷雾串联质谱研究了香港主要河流中6种典型抗生素的发生和分布。根据测得的环境浓度与预测的无效浓度的比值，氧氟沙星和强力霉素可以对藻类产生中等至低的生态风险

[11]。

6.结论

目前已经对水环境中抗生素的来源、发生、转化、归趋有了相当多的研究，但是关于水环境中抗生素的代谢及降解途径还研究较少。通过研究抗生素在水环境中的代谢途径，可以为我们在水体中抗生素的去除提供参考。关于人类和环境的适当风险评估和风险管理所需的环境中抗微生物剂的发生，命运和影响，仍然缺乏基础数据。考虑到水环境中抗生素的主要来源，因此我们应该减少抗生素的使用，并且提高污水处理厂对污水中抗生素等药物的处理性能。

参考文献：

[1]章强，辛琦，朱静敏等。中国主要水域抗生素污染现状及其生态环境效应研究进展[J].环 境化学，2014，33(7): 1075-1083.

[2]Thomas P V B，Sumanth G，Ashvin A，et al. Global antibiotic consumption 2000 to 2010: an analysis of national pharmaceutical sales data[J]. Lancet Infectious Diseases， 2014， 14(8): 742-750.

[3] Hirsch R，Ternes T，Haberer K，et al. Occurrence of antibiotics in the aquatic environment[J]. Science of the Total Environment，1999，225(1–2): 109-118.

[4]朱永官，陈青林，苏建强等。环境中抗生素与抗性基因组的研究[J].科学观察， 2017，(6): 60-62.

[5]Zuccato E， Castiglioni S， Bagnati R，et al. Source，occurrence and fate of antibiotics in the Italian aquatic environment[J]. Journal of Hazardous Materials，2010， 179(1): 1042-1048.

[6]Kümmerer K. Antibiotics in the aquatic environment--a review--part I[J]. Chemosphere，2009，75(4):417-434.

[7]秦延文，张雷，时瑶等。大辽河表层水体典型抗生素污染特征与生态风险评价[J].环境科 学研究，2015，28(3):000361-368.

[8]高品，王宇晖，刘振鸿等。水中抗生素药物的迁移分布特征研究进展[J].环境科学与技术，2013，(7):58-63.

[9]高品，周美华。典型抗生素和抗药性基因在污水处理系统中的归趋及迁移分布规律[D].东 华大学，2011.

[10]Mazel D，Davies J. Antibiotic resistance in microbes[J]. Cellular & Molecular Life Sciences Cmls，1999，56(9-10):742-754.

[11]Deng W，Li N，Zheng H，et al. Occurrence and risk assessment of antibiotics in river water in Hong Kong[J]. Ecotoxicology & Environmental Safety，2016，125: 121-127.