兽用抗生素残留对微生物的影响及防治对策

乔 栋 刘隆勇 黄 璐

（1.山西省朔州市畜牧兽医局，朔州 036002；2.华南农业大学动物科学学院，广州 510642；3.梅里亚动物保健有限公司，上海 200040）

养殖业中应用的兽用抗生素会被畜禽机体以原形和代谢产物形式随着粪尿排入环境，并对环境生物造成影响。因此，本文首先介绍了养殖业中兽用抗生素应用及排泄情况，然后综述了兽用抗生素残留对微生物的影响，包括对微生物种群数量、结构和功能的影响，最后根据现实提出具体的防治环境中兽用抗生素残留的措施，包括加强政府干预和法律法规建设、完善抗生素残留检测方法以及建立严格的管理体系、研制新的抗生素替代品等。

1 兽用抗生素应用及排泄情况

随着世界人口的不断增加，以及人民生活水平的不断提高，消费者对于肉、蛋、奶、皮毛以及水产品等的需求持续增加，畜牧业只有集约化规模化发展才能满足人们日益增长的需求。畜牧业集约化规模化发展必然会增加动物疫病防控的风险和压力，于是兽用抗生素被大量用于畜禽的疾病治疗，同时兽用抗生素还以维持剂量长期添加于动物饲料中用于预防疾病和促进动物生长，为促进畜牧业发展起了重要作用。1996年全世界兽用抗生素类饲料添加剂的用量占全部饲料添加剂用量的45.8%，抗生素总产量的70%左右用于畜牧业[1]。欧盟国家使用的兽药主要是抗生素和杀寄生虫类药物，抗生素类兽药约占所有兽药用量的70%以上[2]。在丹麦，每年兽药和饲料添加剂的消费总量为165 t，其中100 t作为猪场的促生长调节剂，45 t为治疗性药物，10 t用于集约化渔场，11 t用于家禽的疾病防治[3]。德国养殖业每年处方药物的用量达100 t，欧共体每年抗生素的消耗量达5 000 t，其中四环素类兽药用量达2 300 t。每年美国用于动物的抗生素有92.5 t到196.4 t[4]。而我国自20世纪90年代初以来，抗生素在畜牧业生产中得到广泛应用，近年来年平均消费已达6 000 t，并集中应用于经济发达地区[5]。

据报道，抗生素摄入后除少部分残留在体内，85%以上以原药和代谢产物的形式经由动物的粪尿排出体外，进入生态环境[6]，并且在施用粪肥的土壤中长期滞留[7]。据调查在大型养殖场周围的粪便、土壤、水体中都检测到了高浓度的多种抗生素，牛粪含红霉素0.73 mg/kg、拉沙里菌素和莫能菌素为4.87 mg/kg、金霉素和磺胺甲嘧啶3.973 mg/kg；猪粪含金霉素、磺胺塞唑及青霉素混合物133 mg/kg、泰乐菌素和磺胺甲噁唑89 mg/kg、金霉素37 mg/kg、杆菌肽锌27 mg/kg、林肯霉素11 mg/kg；猪场污水中含12 μg/L斑伯霉素和1 400 mg/L的金霉素、磺胺甲嘧啶和青霉素的混合物。污水处理池中检到红霉素、罗红霉素和磺胺甲噁唑浓度达6 mg/L，四环素、青霉素类抗生素的浓度达50 ng/L和20 ng/L[8]。国彬等（2011b）发现鸡粪中的四环素类兽药残留（14.59 mg/kg）>喹乙醇（10.3 mg/kg）>磺胺类兽药（3.44 mg/kg）>尼卡巴嗪（2.87mg/kg）>喹诺酮类兽药（0.11 mg/kg）>氯霉素类兽药（0.08 mg/kg）[9]。

2 抗生素对微生物的影响

2.1 微生物数量和结构

影响微生物种类和数量的因素较多，如温度、外界气压、微生物可利用养分等。由于兽用抗生素多为抗微生物药物，随畜禽粪尿进入环境后能杀死或抑制土壤和水体等环境中某些微生物，从而影响环境中微生物群落的组成。不过吴银宝等[10]的研究表明，在试验浓度范围内，水体中恩诺沙星初始浓度的高低不会影响到水生微生物数量的变化，其原因可能与恩诺沙星在水环境中消失较快有关。试验中恩诺沙星在水体中的初始浓度为0.2～5 mg/L，主要原因为恩诺沙星是治疗用兽药，在采用《中华人民共和国兽药典》规定的最大治疗用量时，恩诺沙星在鸡粪中排出的最高浓度为41～45mg/L[11]。但也有研究表明，恩诺沙星等抗生素经动物排泄物进入土壤环境后，对土壤微生物具有较强的效应，对土壤微生物种群的数量和功能都会造成一定的影响[12]。

有关报道显示，土壤经不同浓度恩诺沙星处理后，虽然三大类微生物数量依然是细菌>真菌>放线菌，但各类微生物的数量均发生了较大的变化[13]。恩诺沙星的加入量为0.l mg/kg时土壤微生物数量比对照组有轻微或显著的增加；但恩诺沙星的加入量为2～20 mg/kg时，土壤微生物数量呈显著下降，这表明低量的恩诺沙星残留可刺激土壤微生物生长，而高剂量的恩诺沙星残留却显著抑制了土壤微生物的生长，而且抑制程度随恩诺沙星加入量的增加而增强。恩诺沙星对土壤微生物数量的影响为细菌>放线菌>真菌，在砂质土壤中的影响明显高于粘质土壤，但所有这些影响均随作用时间增加而变弱，这表明恩诺沙星对土壤微生物数量的影响主要发生在恩诺沙星进入土壤的初期，10 d后恩诺沙星的影响减弱，土壤微生物数量有所回升，这可能与恩诺沙星被土壤固定、降解后活性减弱等有关。

Wollenberger等人[17]则报导畜禽常用的抗菌药甲硝唑、喹乙醇、土霉素、萘啶酸、泰乐菌素等对水环境有潜在的不良效应。国彬等人研究发现磺胺类兽药对土壤细菌数量有一定的激活作用，其最大激活率在700%以上；兽药对土壤真菌数量的影响主要呈现抑制作用，其最高抑制率为92.9%；兽药对土壤放线菌数量有一定的抑制作用，对土壤固氮菌数量则有一定的激活作用；兽药对土壤兼气性固氮菌数量的影响表现为较低浓度时（10 mg/kg）抑制，而较高浓度时（50 mg/kg）则激活；兽药对土壤硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌及氨化细菌有一定的激活作用，其中对硝化细菌的最大激活率可达1000%以上[18]。Thiele and Beck研究也发现在14 d培养期内土霉素和磺胺嘧啶显著降低了土壤微生物量，但真菌数量随这两种兽药浓度升高而升高，土霉素对真菌量的增加效果更明显[30]。

大部分兽药都有其作用靶标微生物，因此特定兽药抑制其靶标微生物后，土壤中其他微生物可以获得大量的资源，从而刺激其他微生物的生长，对微生物群落结构和功能产生深远影响。Hossain和Alexander很早就发现一些兽药在抑制其靶标微生物的同时可提高其他微生物活性，促进其生长[28]。Jensen等在土培条件下研究了泰乐素对土壤生物群落结构的影响，在整个培养期内泰乐素抗性细菌数量均显著高于对照，培养10 d后泰乐素处理土壤的原生动物和真菌数量均显著高于对照，泰乐素杀死部分细菌后，降低了其他微生物对土壤中能源的竞争，从而使原生动物和真菌大量繁殖，破坏了原土壤中土著微生物群落结构[29]。

兽用抗生素对微生物的影响较大，在目前主要是对其数量影响的研究较多，在将来的试验中应涉及到兽用抗生素对微生物群落结构多样性影响的试验[19]。

2.2 微生物功能

兽用抗生素残留除了影响环境微生物的种类和数量外，还会降低了环境微生物对农药、重金属等其他污染物的固定或降解能力。例如土壤中氯霉素的存在可使土壤中微物降解牛粪的时间延长[20]。Dijck等研究了饲料添加剂对土壤和水环境中典型微生物的影响，发现有7种微生物表现敏感[21]。有研究表明，阿维菌素在不同浓度下，对土壤微生物种群数量有一定的抑制作用，当菌液浓度达125 mg/kg以上时，对土壤中细菌、放线菌、真菌生长速率有明显的抑制作用，且对不同菌属其抑制浓度有所差异[22]。Chelliapan et al（2011）对泰乐菌素的研究也发现，厌氧消化系统中的泰乐菌素溶度为100 mg/L和400 mg/L时，未抑制产甲烷菌的活性，但抑制了古细菌的活性；当泰乐菌素溶度为600 mg/L和800 mg/L时，可轻微减少产甲烷菌数量[23]。

马驿等[14]报道恩诺沙星残留于土壤后，使土壤微生物利用碳源的能力及功能多样性降低，从而降低土壤肥力，对农业生产产生不利影响。这主要因为土壤微生物在土壤生态系统的物质转化和能量流动中起重要作用，土壤微生物既是土壤养分循环过程的动力和进入土壤有机质的“转化者”，又是土壤能量和C、N、P、S等养分元素内循环的“源”和“库”[15]，由此可见土壤微生物活性和功能是土壤肥力的一个重要指标。但也有不同的结论，王加龙等人[16]的研究表明，高浓度的恩诺沙星（1mg/kg土）对土壤的呼吸作用、氨化作用和硝化作用均有不同程度的抑制作用，可能会影响到土壤的特性和土壤中的一些生态过程。张跃华等研究了6种不同浓度的磺胺嘧啶对土壤微生物活动的影响，结果表明当磺胺嘧啶浓度达到125 mg/kg以上时，对土壤微生物的种群数量和细菌、真菌、放线菌的生长速度有明显抑制作用[22]。通过比较兽药对费氏弧菌的急性（30 min）毒性试验和长期（24 h）毒性试验发现，尽管长期毒性试验还没有统一的标准且耗时较长，但其对作用机制特殊的化合物毒性检测更加有效[24]。

刁晓平等研究了阿维菌素、安普霉素、磺胺二甲基嘧啶3种兽药对土壤微生物呼吸的影响，该研究所用的土壤分别来源于东北的长春和西南的成都2个不同的地域，具有一定的区域代表性，土壤类型分别为砂壤土和壤土。其中以砂壤土中有机质含量较高，土壤肥力较高；壤土有机质含量较低，土质较为贫瘠。在砂壤土中，微生物的种群类型较多，数量较大，由于兽用抗生素的作用目标是针对一定的“靶微生物”，而不是对土壤中所有的微生物，如果土壤中的“靶微生物”少，而其他非靶土壤微生物对药物又具有一定的耐受性，就可能出现兽用抗生素组中土壤中CO2的释放量增加的现象。而在壤土中，微生物的种群类别和数量较小，兽用抗生素对“靶微生物”的作用机率就增大，表现为对土壤微生物的呼吸有明显的抑制作用。但这种影响表现出非持续性，可能是在一定含量下兽用抗生素在影响微生物活动的同时，也能被相应的微生物分解；同时随着土壤微生物耐受性的增加，土壤中会产生抗性种群，从而使土壤的呼吸逐渐恢复正常[25]。关于不同土壤中微生物的种类和它们对待测药物的敏感性实验仍需要进一步研究。

有关研究表明，即使在土壤溶液中的环丙沙星的溶度大于水溶液中的浓度，环丙沙星对土壤微生物的呼吸活动的抑制作用仍比对水中微生物的呼吸活动的抑制作用要弱[26]。这种结果可能有两种解释，一是土壤中的微生物种类比水溶液中的多，二是环丙沙星在土壤中的生物利用度会降低，减少其毒性。Boleas等研究发现，土壤中1mg/kg的四环素即可显著抑制土壤脱氢酶和磷酸酶的活性；他们还发现与单施土霉素处理相比，土霉素与粪便混施处理的酶活性最先受到抑制，但随后毒性消失[27]。

3 兽药残留防治对策

3.1 加快立法工作，严格执行休药期

要严格规定兽用抗生素类药物的使用范围，健全抗生素的最高残留限量标准，完善相应的配套法规，做到合理用药。明确规定抗生素类药物的使用对象、期限以及休药期等，禁止使用违禁药物和未被批准的药物。限制或禁止使用可能引起超敏反应的药物，对违反抗生素类药物使用规定的单位和个人应依法采取严厉的惩罚措施[31]。

添加剂兽药抗生素类并在停止用药后一段时间，兽用抗生素可以从体内消失。一般而言，多数兽用抗生素的消失时间为3～6 d。治疗用药需要凭兽医的处方购买，严格遵守《中华人民共和国兽药典》和国家有关标准和规定的用法、用量和休药期，如果没有规定休药期的药物，需要有28 d以上的间隔期[32]。

3.2 建立一整套科学的监控体系

我国目前尚无完善的动物性食品抗生素类药物残留监控体系，仍采用多部门分头管理，不能及时向社会提供抗生素类药物产品质量状况和动物性食品中抗生素类药物残留监控状况。建议有关职能管理部门在动物性食品上市前必须进行兽用抗生素残留的常规检测。

食品卫生检验和进出口商品检验部门以及兽药监察部门应加快建立动物性食品抗生素类药物残留检测制度，并以法规形式将动物性食品抗生素类药物残留的检测列为日常工作[32]。不断提高食品卫生检验、进出口商品检验和药检部门工作人员的业务素质。

3.3 加强宣传教育，提高食品安全意识

通过广播电视、书刊、互联网等新闻媒介的宣传，使人们对食品安全性的要求成为自觉行动，使生产者提高食品安全生产意识，自觉遵守《兽药管理条例》等一系列政策法规，严格遵守抗生素类药物使用对象和休药期的规定。加速建立抗生素类药物安全信息网，收集数据和资料进行分析整理，为政府决策提供依据，及时向社会公布有关抗生素类药物残留方面的安全信息，使生产和经营者能接受更广泛的有效的社会监督。

3.4 生产企业必须建立严格的管理体系

食品企业应该严格按照GMP、HACCP等管理体系，建立良好的食品原料供应基地，控制好每一道生产环节，把好质量关。强化广大畜禽养殖和食品加工人员对人兽共用药物使用范围、剂量、休药期的管理意识，兽医检验和食品卫生监督人员加强技术服务。食品企业必须规范管理，杜绝有药残超标的加工原料进厂，生产出卫生安全的动物源性食品。

3.5 加强国际交流与合作，研制推广使用天然药物和制剂

积极开展与国际组织或国家的交流与合作，借鉴国外经验，引进药物残留新技术和设备，使我国的监控体系、检测方法与国际接轨，保障我国畜产品出口贸易。同时加大科技投入，尽快研制出能够在功效上可以替代的、对人和动物健康安全的、无污染、无残留的绿色环保药物，特别是重视中兽药、微生态制剂等高效、低毒、无公害的药物或药物添加物的研制、开发和应用。

4 研究展望

目前，兽用抗生素的生态毒理学评价研究尤其是在环境中的研究才刚刚起步，取得的某些结果还不能得到很好的解释，特别是目前兽用抗生素的环境研究大多集中在物理、化学因素上，涉及到环境微生物的方面较少。同时，由于抗生素种类、化学结构和作用机制的不同，其研究的复杂性可能远远大于研究者的想象。同时在以往的研究中，较少涉及到兽药抗生素的代谢或降解产物，更多的是着眼于药物母体，但是对于在环境中稳定性差的兽药，其主要代谢及降解产物所产生的环境效应也绝对不容忽视；而且还须关注兽药抗生素及其代谢产物的长期毒性研究。

总之，当前的多数有关兽用抗生素的研究还只是停留在简单的单因素研究阶段，还未开展综合性的生态评价；同时兽药环境风险评价的模型和方法发展得还不完善，当前这些模型和方法大多是基于农药和工业化学品的经验性假设。但是由于兽用抗生素的特性和土地施用模式等不同于多数农药和工业化学品，这种经验性假设可能并不恰当。此外，由于兽药的环境行为研究较少，使得在建立更加完善的模型或方法以预测兽药环境浓度或评价其环境风险的过程中，缺少足够的可利用数据和参数。今后，对兽药抗生素环境暴露风险评价的进一步研究是不可或缺的。

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