四环素类兽药的环境行为及其生态毒理学研究进展

左儒楠，彭君茹，李日飞，刘　筱，王雅倩，翁启彬，侯会霞，卢　明，李引乾*

(1.西北农林科技大学动物医学院，陕西杨凌 712100；2.西藏自治区拉萨市堆龙德庆区第一中等职业技术学校，西藏拉萨 851400 )

近30年来，兽药(包括药物添加剂)在畜牧业生产中的应用日益广泛，其在降低发病率与死亡率、促生长、提高饲料利用率和改善产品品质方面的作用十分显著，已成为现代畜牧业生产不可或缺的保障物质。但是，兽药的使用无疑会导致动物体内药物的滞留或蓄积，并以残留的方式进入人体及生态系统，对生态系统造成严重的后果，严重威胁人类的健康[1]。抗生素污染特别是四环素类抗生素污染在许多国家已经引起重视，主要是由于人或动物服用抗生素之后只能部分吸收，其余的随粪便排出并残留在生态环境中，二次处理排放污水中的抗菌药物不彻底则会进一步加重污染。

抗生素主要是由真菌、放线菌等微生物的代谢产物，在极低浓度下能抑制或杀灭其他微生物[2]。抗生素除能从微生物的培养液中提取外，对其化学结构进行改造后获得的新化学物，称为半合成抗生素[3]。四环素类抗生素是一类具有共同多环并四苯羧基酰胺母核的衍生物[4]，具有广谱抑菌作用，对革兰阴性菌和阳性菌、立克次体、支原体、衣原体和某些原虫等均可产生抑制作用[5]。它们可以分成天然品和半合成品两种，前者包括四环素( tetracycline，TC)、土霉素(oxytetracycline，OTC)等，后者为半合成品衍生物，包括米诺环素(minocycline，MC)、多西环素(deoxytetracycline，DC)等。

四环类抗生素虽然半衰期短，但由于其使用频率高从而进入环境中，会对人体健康产生潜移默化的影响，同时也会对生态系统造成持续影响[1]。因此，对四环素类兽药的环境行为及其生态毒理学的研究已成为我国乃至全世界所关注的重大环境问题之一。

1　四环素类兽药的环境行为

四环素类兽药可以通过多种途径进入环境中，如在动物养殖的过程中长期使用四环素类抗生素，动物体内不能完全吸收四环素类抗生素，就有可能随粪便排出，或者在生产四环素类抗生素的过程中有损耗，也有可能将未用完的抗生素随意丢弃[6]。

1.1　四环素类兽药在环境和食品中的残留情况

四环素类抗生素不容易被动物完全吸收，其粪便排泄率一般高达69%～86%[7]。同时它们易溶于水，粪便有时会随着水进入土壤，会给人类健康饮食和环境造成影响。20世纪50年代末，四环素类抗生素作为疾病治疗药物和动物促生长剂在世界范围内被广泛应用[8]。

1.1.1四环素类兽药在环境中的残留情况四环素类抗生素难以被动物肠胃道吸收完全，导致其在畜禽粪便中的残留量较高。四环素类抗生素水溶性较好，很容易随粪便还田进入土壤，最终进入水环境，给人类健康和生态安全造成威胁。Guo X Y等[9]使用液相色谱-超声波串联质谱法同时检测粪便、土壤和水样中包括四环素在内的25种兽用抗生素，结果表明，25种包括四环素的目标抗生素平均回收率为50.0%～121.9%, 该方法已被用于检测家畜农场环境样品中的兽药抗生素。这些情况都说明四环素类兽药在环境中大量残留，并且情况比较严重。

1.1.2四环素类兽药在食品中的残留情况四环素类兽药在环境中大量残留会进一步影响动物的养殖，以至于影响动物性食品安全。Li N等[10]用超高效液相色谱-串联质谱法测定鸡肌肉、鸡肝、猪肌肉和猪肝样品中的4种禁用和限制的29种兽药。结果表明，29种药物的平均回收率在71.5%～93.2%之间，相对标准偏差(RSD)0.8%～7.7%。药物的测定限(S/N=3)在0.3 g/kg～3.0 g/kg之间，而四环素药物为10.0 g/kg，远远高于药物的测定限，该方法可以进一步应用于动物衍生食品中兽药残留的研究。Gao F K等[11]应用分子荧光光谱法和高效液相色谱法(HPLC)进行鱼和虾样品中4种TC(土霉素、四环素、金霉素和多西环素)残留量的测定。检出限在14.8 ng/g～39.2 ng/g间，加标回收率为88.2%～95.4%，RSD为1.3%～4.9%。上述情况说明许多四环素类兽药残留在食品中，对人类的健康产生隐性危害。

1.2　四环素类兽药环境行为的表现形式

四环素抗生素的环境行为表现为3种形式，分别为在环境中的吸附、迁移和降解。四环素类抗生素在环境中的吸附是一种常见的环境行为[12]，其与环境之间存在一定的联系。四环素类抗生素主要吸附于土壤中，方式有物理方面的，也有化学方面的，同时四环素类抗生素本身的化学结构和理化性质会对自身吸附能力产生影响[13]。四环素类抗生素进入水体中主要是通过在环境中的迁移，比如通过雨水或者地表渗透。Kays P等[14]研究了四环素类抗生素中代表药物土霉素的迁移规律，他们做的是土柱淋溶试验，就是将含有土霉素的药物浇灌到土柱上，结果在整个土柱中检测到了土霉素，而渗透液中没有。这进一步说明四环素类抗生素在环境中有迁移。四环素类抗生素在环境中的降解分为生物降解和非生物降解[15]。

1.3　四环素类兽药对水的污染情况

我国畜禽疫病复杂，四环素类抗生素使用量大。四环素类抗生素很难在动物体内被完全吸收或代谢，大部分抗生素以原药形式随动物粪便和尿液排出体外，从而污染水体。目前，四环素类抗生素的残留量在猪场等养殖废水中居高不下，在环境水体中最高，采用固相萃取-亲水相互作用色谱法[16]测定废水的四环素类抗生素，浓度可达1 mg/L，其中四环素、金霉素的残留浓度范围分别为0.391 μg/L～0.931 μg/L、0.266 μg/L～0.709 μg/L[17]；Tong L等[18]采用对环境水样的采集来分析水域环境样品中痕量抗生素，结果表明，地表水多在1 μg/L以下，如清江等地区四环素类抗生素的浓度分别为0.017 5、0.069 3、0 055 7、0.049 7 μg/L[19]，但四环素类抗生素的污染在部分地区地表水中表现的较为严重,其中四环素、金霉素的残留量分别达10.0、3.4 μg/L[20]，甚至部分地区地下水和饮用水源已检测到四环素的存在，浓度为0.003 6 μg/L[21]。Wang L等[22]通过组合离子液体(Hmim)PF6萃取溶剂与荧光光谱法相结合的方法分离或者富集微量四环素类抗生素，结果表明地表水和沉积物样品中回收94.2%～100.4%。Zhang Y等[23]采用固相萃取-亲水相互作用色谱法测定废水中的TCs，检测的TCs检测限为12 μg/L～30 μg/L(S/N = 3)，浓度为0.5 μg/L～10 μg/ L的TCs回收率为90.6%～106.5%。上述情况说明废水中的四环素类抗生素含量高，四环素类抗生素对水的污染程度严重。

1.4　四环素类兽药对土壤的污染情况

在种植农作物的时候经常需要用到畜禽粪便作为肥料，因此有些便残留在农田表层土壤中。张慧敏等[24]调查研究浙江地区农田土壤，在采集的41个施含畜禽粪便的肥料之后的土壤样品时发现，大多数农田表层土壤中富含四环素、土霉素和金霉素，检出回收率分别高达88%、93%和93%。而不施畜禽粪便的肥料土壤含有的四环素、土霉素和金霉素的量都低于29%。同时Aga D S等[25]对抗生素在从动物粪便过渡到土壤中的研究表明，长期使用含有四环素类抗生素的药物会导致其在土壤中大量残留。

1.5　其他

随着四环素类抗生素的大量使用，四环素类抗生素除了广泛残留在环境、动物食品中或者以吸附、迁移和降解形式在环境中存在，除对水环境和土壤造成严重的影响外，还会使一些细菌产生耐药性。有研究表明，产志贺毒素大肠埃希菌(Shiga toxin-producingE.coli,STEC)存在对四环素类抗生素的抗性基因，说明STEC对四环素类抗生素的敏感性降低。Shao C C等[26]在山东巍山地区收集500只动物粪便样本(来自猪、牛、绵羊、狗、鸟)，从这些样品中分离出STEC菌株。通过血清凝集试验对菌株进行血清分型，并通过药物敏感试验测定其耐药性。药物敏感试验表明，四环素的耐药率为9/16。从该地区动物粪便中分离出的16株STEC菌株对四环素类抗生素具有抗性。

2　四环素类兽药的生态毒理

2.1　四环素类兽药的水生生态毒理

将抗生素进行药物设计，主要抑制人体和动物体内的病原性致病菌[27]，这同时也会对人体产生潜在的健康威胁[28]，甚至会对其他健康的环境有机体造成影响。四环素类抗生素的水溶性较好，是水环境中主要的抗生素污染物之一。研究表明，四环素类抗生素对很多水生生物均有毒性效应，且不同水生生物对四环素类抗生素的敏感性不同。2004年，Sanderson H等[29]在目前所拥有的关于水生生态毒理学方面的试验数据基础上，对226种抗生素进行生态危害性评价，采用定量结构活性相关性的方法。结果显示，抗生素对鱼类有毒性作用有一半以上，其中抗生素对藻类的毒性作用极强的约占1/5，抗生素对鱼类的毒性作用极强的约有1/3，44%的抗生素对大型溞的毒性作用非常强，16%的抗生素对大型溞的毒性作用极强。四环素类抗生素是目前用于水产养殖的重要化合物，可以引起潜在的环境风险。Li Q等[30]采用飞行(Q-TOF)质谱联用quechers样品制备技术测定鱼类中四环素(TC)等药物，检出限在0.5 μg/kg～5.3 μg/kg的范围内。结果发现鱼类中四环素含量为15 μg/kg，超出了限定范围。

2.2　四环素类兽药生态毒理的表现形式

四环素类抗生素的生态毒性主要体现在三个方面，分别是对动物、植物、土壤生物的生态毒性。Wan W N等[31]通过固相萃取-超高效液相色谱法同时测定家畜粪便中的残留抗生素，包括3种大环内酯类药物和4种四环素类药物。结果是所有选定的抗生素均以不同水平检测，其中最高浓度为金霉素125 mg/kg。Yang X等[32]采用高效液相色谱固定相萃取法在线联用测定牛奶中四环素残留，从牛奶样品中提取的四环素，通过HPLC分析分离并测定土霉素、四环素和金霉素。结果表明，牛奶样品中3种四环素类药物的回收率为88.3%～101.5%。Ma L L等[33]使用固相萃取和液相色谱-串联质谱法同时提取和测定土壤中18种氟喹诺酮、四环素和磺酰胺类抗菌药物，其中土壤中TCs的回收率为62.23%～85.36%，说明四环素类抗生素在土壤中残留量高，进而对土壤生物具有潜在的毒害作用。

3　结语与展望

抗生素在环境中的发生和生物影响在全球越来越受到关注，尤其是畜禽和水生生物规模化养殖后，许多抗生素特别是四环素类通过多种方式进入生态环境中。各国学者采用各种方法对四环素类抗生素的来源问题以及如何在环境进行转化和回归进行研究，并且已经取得了一些成果，特别是开展了环境样品中痕量抗生素检测分析方法的研究。但是四环素类兽药的污染仍是当今社会乃至全球范围内一个严重的问题，在我国还没有引起足够的重视。各国政府特别是我国政府应该及早重视这一问题，及时应对有关四环素类抗生素环境污染和生态毒理污染方面的问题，解决抗生素污染问题应注意系统化，尽早建立和完善四环素类兽药的环境生态风险评估体系，加强四环素类抗生素环境行为与风险评估之间的结合。