珠江流域水体中的抗生素迁移转化机理及其生态风险探讨

韩红艳 蒋然 高发军 李召旭 王金裕 刘艺斯

编号 E090301 国家自然科学基金

摘要： 针对珠江流域水体中抗生素造成的生态污染问题，综合分析了抗生素在水体中的迁移转化机理，提出了生态风险评价方法，最后对抗生素的污染研究方向进行了展望。

关键词：珠江流域；抗生素；机理；生态风险

Antibiotics in the pearl river basin water migration mechanism and ecological risk

Han Hongyan， Jan Ran， Gao Fajun， Wang Jinyu Liu Yisi

（The Pearl River Hydraulic Research Institute of Pearl River Water

Conservancy Committee，Guangzhou，510635 ）

Abstract： Aiming at the pearl river basin water ecological pollution problems caused by antibiotics， comprehensive analysis of the antibiotic in the transition and transformation mechanism of water， put forward the ecological risk assessment methods， and finally to antibiotics pollution research direction was prospected

Key words： pearl river basin； antibiotics； mechanism； environmental risks

一、珠江流域水體中的抗生素现状

水体作为抗生素最终归宿 ，接纳着不同行业来源的抗生素。含有抗生素的水所造成水体污染已成为国际上研究热点。从全国58个流域“抗生素排放量调查”结果来看，珠江流域是全国抗生素污染重灾区，这与当地水产养殖发达、经济发展快有关。探讨水体中抗生素的迁移转化机理和生态风险评价的方法，从而为水体中抗生素的污染治理提供科学依据和技术支撑。

珠江流域广州段水体中抗生素污染较为严重，其药物量远远超过发达国家。研究表明：珠江广州段河水中除阿莫西林外，其余抗生素类药物污染相当严重，洪水季和枯水季药物平均值含量分别在几十、几百 [1]。虽然投入了大量的财力和人力进行治理，但是尚不成熟的水体中抗生素治理技术成为绊脚石，导致珠江流域水体中抗生素治理效果不佳。

二、水体中抗生素作用机理

生物体抗生素只有少部分经过羟基化、裂解和葡萄糖苷酸化等反应生成H2O和CO2，90%以上以原形或代谢物形式进入生态环境[2]。抗生素具有较高的亲水性和较低的挥发性特性，导致其在水相与生物相之间相互交换。通过吸附、降解和生物转化等一系列行为带来了风险压力，这种迁移转化行为与其毒性大小有关。

（1）吸附。吸附过程是抗生素在水体中迁移的重要阶段，反映了污染物与沉积物相互作用的规律。通过分子间作用力吸附水体有机质、颗粒物表面的吸附位点，官能团如羧基、醛基、胺基与水体中有机质形成络合物。抗生素的吸附能力越强，在水中越稳定，也容易沉积；吸附能力较弱，很容易发生迁移。

（2）降解。水解是降解过程的重要途径， pH是影响主因。大环内酯和磺胺类在中性 pH 条件下水解较慢，且活性较低。β-内酰胺类在弱酸、碱性条件降解则较快[3]。任何条件下，头孢菌素类抗生素都能发生水解反应[4]。

光降解是另一重要途径。天然生物降解受到：光照、pH、光敏剂、金属离子等因素影响，产生的活性氧物种中间体与抗生素作用发生降解。光敏剂分子吸收光子变成激发态，把激发能量传递给抗生素，最终降解生成产物。

（3）生物转化。生物转化在降解中发挥着极为重要的作用。微生物作用下，使抗生素结构发生改变， 其中耐药细菌起最重要作用，直接破坏和修饰抗生素使其失活，从而引起其物化性质改变，实现对环境污染的无害化处理过程。包括pH、水分、温度、含氧量、有机和无机营养物、生物量等因素。有氧条件下降解迅速且无滞留期或仅有短暂滞留期，无氧条件下降解率低、滞留期长。

三、生态风险评价

（1）风险商值法：是判定某一浓度化学污染物是否具有潜在有害影响的半定量生态风险评价方法，设定需要受到保护受体的化学污染物浓度标准，再将污染物的实测浓度与浓度标准进行比较，由商值得出有无风险的结论。比值>1说明有风险，比值越大风险越大。

（2）危险系数HQs： HQs>1，被认为具有环境风险。 HQs=MEC/PNEC MEC为最大质量浓度，PNEC是无效应浓度 PNEC=（LC50或EC50）/AF LC50和EC50分别为半致死浓度和半效应浓度（鱼类和软体动物LC50，植物EC50）； AF评价因子 [5]。

（1）对水生生物的影响：水环境中的光合细菌、硝化细菌及水生动物体内的乳酸杆菌、部分弧菌等有益的微生物，在水生动物代谢平衡中起着关键性的作用。抗生素在抑制或杀灭病原微生物的同时对部分有益微生物也产生抑制，从而打破体内外微生态平衡，引发新的疾病。抗生素对水生动物极易产生毒性效应，除了水生动物种类本身，药物类型和浓度因素等起到了至关重要的作用，损坏水生动物微生态平衡。

（2）对人类健康的影响：抗生素及其衍生物通过饮用水对人体健康造成威胁，虽然只是痕量残留，但是长期累积效应会降低人体免疫力。同时，通过食物链传递，在高营养级生物体内富集的浓度比环境中浓度扩大多倍；水产养殖中使用的抗生素，残留于水产动物产品的抗生素进入人体后， 就使得敏感个体致敏，产生抗体，严重的话可致癌、致畸、致突变、干扰人类内分泌系统。

（3）细菌耐药性的影响：能诱导病原菌产生耐药性，虽然水环境中抗生素的浓度较低，但来源稳定，浓度基本保持稳定。抗药性基因可经自发基因突变产生，也可在细胞二分裂阶段通过代与代之间进行传递，或在不同细菌间传递而产生，导致能够抵抗强力抗生素的病原菌产生。水产养殖业是水环境成为耐药菌产生的重要场所。

四、建议及展望

（1）开展环境水体中抗生素污染水平调查分析，确定抗生素的时空分布特点。

（2）研究抗生素对生态平衡和生物多样性的影响，建立生态风险评估体系。

（3）运用分子生物标志物的手段对抗生素早期预警，并进行生物标志物筛选。

参考文献

[1]叶计朋，邹世春，张干，徐维海，典型抗生素类药物在珠江三角洲水体中的污染特征[J].生态环境，2007， 16（2）：384-388.

[2]姚瑶，钱程，岳志杰.简述水体中抗生素污染问题.生态与环境：科技信息.

[3]苏小欢.水环境中抗生素的迁移转化及其危害[J].广州化工，2015，43（5）.

[4]陈兆坤，胡昌勤.头抱菌素类抗生素的降解机制[J].国外医药：抗生素分册，2004，25（6）：249-265.

[5]朱琳，张远，渠晓东，等.北京清河水体及水生生物体内抗生素污染特征[J].环境科学研究，2014，7（2）： 139-146.

通讯作者：韩红艳，女，硕士，分析化学。