四环素类抗生素的环境行为研究进展

杨轶博　李莉　王新爽

【摘 要】在中国，四环素类抗生素的生产和使用量居各类兽药之首。其残留在环境中而发生的各种环境行为，对环境和生态所造成的危害已引起社会各界的广泛关注。本文着重对四环素类抗生素的吸附，迁移，降解等环境行为研究进行相关综述，揭示其环境行为，为此类药物的污染防治提供科学依据。

【关键词】抗生素；吸附；迁移；降解

Progress on Residues and Environmental Behaivor of Tetracycline Antibiotics

YANG Yi-bo LI Li WANG Xin-shuang

（Jilin Agricultural University， Changchun Jilin 130118， China）

【Abstract】The production and use of tetracycline antibiotics in the first of all kinds of veterinary drugs in china. Tetracycline antibiotics residues in the environment and the occurrence of a variety of environmental behavior， environmental and ecological damage caused by the community has aroused widespread concern. This paper focuses on the adsorption of tetracycline antibiotics were related to migration， research on degradation of environmental behavior， reveal its environmental behavior， and provide scientific basis for the prevention and control of pollution of this kind of drugs.

【Key words】Antibiotics； Sorportion； Migration； Degradation

0 引言

中国在不断发展畜禽养殖业的同时，对于兽药抗生素的需求量也越来越高。而四环素类药物的生产和使用量居各类兽药之首。2003年，中国对土霉素的产量达到了10000t，占当时世界总产量的65%。在生产和使用的同时，中国也是四环素类药物的销售大国。2008年四环素类药物的出口量达到1.34万t[1]。

四环素类抗生素（Tetracyclines）是由放线菌产生的一类广谱抗生素，包括四环素（Tetracycline），金霉素（Chlortetracycline），土霉素（Oxytetracycline）及半合成衍生物美他环素，强力霉素，米诺霉素等。其广泛应用于畜禽养殖中，具有防治禽畜疾病及促进生长等作用。但被动物食用后，不能被肌体完全吸收，绝大部分以原药或代谢产物随着粪便和尿液排出体外[2]。在土壤、水等环境介质甚至动物食品中均检测到残留，其残留及环境行为受到人们关注。

1 四环素类抗生素在环境中的吸附

抗生素在环境中的吸附是常见的环境行为之一，其体现了抗生素与环境介质间的相互作用，亦对抗生素在环境中的迁移，降解等其他环境行为产生影响。

通过对抗生素在土壤中的吸附行为研究，得知其在土壤表面的吸附存在多种方式。如物理吸附、化学吸附、氢键结合、配位键结合等。吸附能力的强弱与土壤特性，及抗生素本身化学结构、理化性质有关[3]。长时间以来，由于向土壤中施加粪肥等因素，四环素类抗生素也随之进入土壤，其去向与土壤对其的吸附强度存在密切关系。近年来，单一的土壤性质对四环素类抗生素的吸附解吸行为研究较多，Jones等[4]从土壤对土霉素的吸附研究中发现，土壤的有机碳含量，颗粒组成，阳离子交换量等因素都可对吸附量产生影响。也有研究发现，四环素极易在粘性土壤中吸附，且迁移性几乎没有。粘性土壤对金霉素的吸附量高于砂壤土。对于四环素类抗生素在不同土壤中的吸附，Sassman等[5]在研究时也得到了相似结论，四环素类抗生素在土壤中的吸附量多受土壤pH、有机碳含量，机械组成等因素影响，且其易被土壤吸附。

2 四环素类抗生素在环境中的迁移

在雨水的淋溶、地表径流，渗滤等作用下，抗生素在土壤中经过迁移进入到地表水或地下水，对水环境造成威胁。一般研究表明，如在环境中吸附能力较弱，则在淋溶、地表径流等作用下，更易向地下水和地表水中迁移，对水环境造成威胁。对于抗生素在环境中的迁移多与其自身光稳定性、键合和土壤性质有关。普锦成等[6]的研究表明，在砂质土壤中土霉素的迁移要比其在粘质土壤中明显。Kay[7]等用土柱淋溶试验研究了对土霉素的迁移规律，其中在土柱的渗滤液中未测到土霉素，但在整个土柱中均能测到土霉素含量，表明四环素类抗生素具有一定的迁移能力。

3 四环素类抗生素在环境中的降解

3.1 四环素类抗生素的生物降解

抗生素的生物降解多表现为微生物降解和植物降解。其微生物降解过程就是在微生物作用下，结构和理化性质被改变。化合物由大分子被降解为小分子，并最终转化为CO2和H2O。另外也有研究指出乳酸菌、放线菌、酵母菌、光合菌、硝化细菌等同样能使抗生素降解[8]。其中在堆肥过程中，向外源添加有益降解菌可促进四环素类抗生素的降解[9]。秦莉等[10]研究了堆肥中外源复合菌系对金霉素的降解作用。结果表明，堆肥过程中，通过接种外源复合菌系，金霉素的降解率达到82.23%，比未接种外源复合菌系的金霉素降解率约提升22.23%。

抗生素生物降解的另一种则是植物降解，关于四环素类抗生素在植物中的降解学者也有大量研究。Grote M[11]等研究植物对金霉素的吸收中发现，金霉素被冬小麦根部吸收，进而转移至茎叶，最后甚至可进入到果实中。Kumar[12]等用甘蓝、玉米和叶用洋葱研究植物对金霉素的吸收。结果表明，这三种植物不仅能吸收金霉素，且随金霉素浓度的增大其吸附量也随之增大。通过研究植物对抗生素的降解行为，也为抗生素在土壤中的污染治理开拓了新思路。

3.2 四环素类抗生素的非生物降解

四环素类抗生素的非生物降解包括光解，水解以及氧化降解等方式。光降解是四环素类抗生素在环境中常见降解途径之一。其反应机理一般认为是分子吸收光能变成激发态而引发各种反应。通过研究得到，土霉素和金霉素都具有光解特性[13]。且通过NaCl和TiO2等强光敏剂的作用，也可加速四环素类抗生素在环境中的降解[8]。

水解是四环素类抗生素在环境中另一典型的降解途径。一般认为，温度及pH对水中抗生素的降解会产生显著影响，且在不同水环境中降解速率也存在差异。郑丽英[14]对不同pH，不同温度及不同水环境中金霉素在的降解作用进行了研究。结果表明，金霉素是较易水解的，其在酸性条件下的水解速率明显低于碱性及中性条件，而室温20℃时的水解速率也远底于高温70℃。得到pH和温度对其水解速率的影响较明显。另外，由于在环境水体中各种降解过程对金霉素综合作用，金霉素在环境水体中的降解明显比在水解试验中速率要快。

四环素类抗生素除了光解及水解，也有研究发现，强氧化剂同样可使四环素类抗生素发生降解。如四环素类抗生素在臭氧的强氧化作用下，降解率有明显提升。Wu等[15]在研究中发现，对20mg·L-1的四环素进行5min臭氧处理，可完全降解。

4 结语

积蓄在动物食品中，又或是在环境介质中的抗生素，不但污染环境，对动植物生长产生影响。其也可通过食物链进入人体，严重威胁人类健康。抗生素的污染已经得到社会各界的广泛关注，对其研究也开始逐步系统建立起来，目前虽已取得了一定成果。但对于抗生素在环境中存在的各种问题，仍将有很长的一段路要走。

【参考文献】

[1]贺德春，许振成，吴根义，丘锦荣，秦国建.四环素类抗生素的环境行为研究进展[J].动物医学进展，2011，32（4）：98-102.

[2]国彬，姚丽贤，文忠珍，等.磺胺类兽药对土壤微生物数量的影响[J].环境化学学报，212，31（7）：1009-1015.

[3]Tolls J.， 2001. Sorption of veterinary pharmaceuticals in soils： a review[J]. Environ. Sci. Technol.， 35：3397-3406.

[4]Jones A. D.， Bruland G. L.， Agrawal S. G.， et al. Factors influencing the sorption of oxytetracycline to soils[J]. Environmental Toxicology and Chemistry， 2005，24（4）：761-770.

[5]Sassman S. A.， Lee L. S. Sorption of three tetracyclines by several soils： Assessing the role of pH and cation exchange [J]. Environmental Science & Technology， 2005，39（19）：7452-7459.

[6]普锦成，章明奎.2009.泰乐菌素和土霉素在农业土壤中的消解和运移[J].中国生态农业学报，17（5）：954-959.

[7]Kays P， Blackwell， P. A. et al. 2004. “Fate of veterinary antibiotics in a macroporous tile drained clay soil.” Environmental toxicology and chemistry 23（5）：1136-1144.

[8]刘伟，王慧，陈小军，等.抗生素在环境中降解的研究进展[J].动物医学进展，2009，30（3）：89-94.

[9]张树清，张夫道，刘秀梅，等.高温堆肥对禽畜粪便中抗生素降解和重金属钝化的作用[J].中国农业科学，2006，39（2）：337-343.

[10]秦莉，高茹英，李国学，等.外源复合菌系对堆肥纤维素和金霉素降解效果的研究[J].农业环境科学学报，2009，28（4）：820-823.

[11]Grote M， Schwake- AnduschusC， MichelR， et al. Incorporation of veterinary antibiotics into crops from manured soil [J]. Landbaufors chungVolkenrode， 2007，57（1）：25-32.

[12]Knmar，K Gupta， S. et al. 2005. “Antibiotic uptake by plants from soil fertilized with animal manure.” Journal of Environmental Quality 34（6）： 2082-2085.

[13]匡伟光，孙志良，陈小军，等.农业科学学报，2007，26（5）：1784-1788.

[14]郑丽英.金霉素的水解动力学研究[J].广州化工，2010，38（12）：182-191.

[15]Wu JG， Jing YX， Zha LY.Tetracycline degradation by ozonation，and evaluation of biodegradability and toxicity of ozonation byproducts.Canadian Journal of Civil Engineering，210，37：1485-1491.

[责任编辑：汤静]