水环境中抗生素的污染现状与分析方法

江 静，周清时

(1 句容市环境监测站，江苏 句容 212400；2 长江生态环保集团有限公司，湖北 武汉 430062)

作为人类抵御疾病的必要手段，种类繁多的抗生素被大量应用在医药的各个方面[1]。在肉源性动物饲养上，大量抗生素被添加到饲料中来预防动物疾病和提高饲料转化率[2]，由于这些化合物的副作用(有些药物具有致癌、致畸、致突变等毒副作用)，残留于肉品中的抗生素造成了严重的食品安全问题[3]。由于人类和畜牧业大量频繁的使用，该类物质在被去除的同时也在源源不断地随尿液、粪便等排放到水环境中，最终导致环境污染。磺胺类和氟喹诺酮类抗生素抗菌谱馆、使用方便、不良反应小等优点，被广泛应用于任何动物的临床治疗，所以这些化合物的环境问题逐步受到关注。

1 污染途径与现状

抗生素最初是用来预防和治疗人类与动物的疾病，随着经济的发展与生活水平的提高，人类对抗生素使用量增大，越来越多的抗生素被排入水环境。环境中抗生素主要通过个体活动、制造、农业、兽用、医院和社区排放等途径进入水体。其中，人体或动物用药是最主要的来源，它们可以通过多种途径进入水体。一般而言，药品经人体或动物摄入后，最终以其原形或代谢物形式通过尿液或粪便排入污水中[4]；此外，一些不用和过期的药物则通过丢弃等方式最终也会汇入到城市生活污水中[5]。因而市政生活污水是抗生素最主要的汇集源[6]。

污水处理厂也是抗生素的一个主要的点污染源，但同时也是一个集中处理的场所。目前，污水处理厂的污水处理工艺主要是通过微生物作用或絮凝作用等完成，并非针对抗生素而设计，而环境中抗生素污染物浓度较低，难与酶发生亲和反应，因此，一些抗生素不能得到有效去除，从而越过种种屏障排入水体。而有些抗生素浓度虽然在处理过程中有所降低，但只是在整个排放过程中转化成仍有生物活性的降解产物，以另一种形式出现在环境水体中。此外，污泥的回用与垃圾的填埋可以使固体废弃物中的抗生素、家畜养殖场所排放的粪便和吸附于污水处理厂活性污泥中的抗生素进入土壤，之后再通过地表径流和渗滤进入地下水或地表水[7]。禽畜与水产养殖及其产生的废水排放也是水环境中抗生素的一个重要来源，它们可以直接进入地表水与地下水。

最后，抗生素的生产制造所产生的污染废水、废渣，在未经处理的情况下任意排放也是一个不容忽视的问题，可以通过多种途径进入水体。中国是世界上最大的发展中国家，因而承担了大部分药品与原料的生产任务，是全球第二大原料药生产国。其中，中国的抗生素生产和使用量在2013年已达16.2万吨以上，其中，磺胺类药物占5%，氟喹诺酮类药物占17%[8]。目前，已经成为中国第3大常用的抗生素，占总抗生素用量的17%。而且由于大量使用所造成的耐药菌株的报道逐年增加。环境水体普遍出现了磺胺和氟喹诺酮类残留的报告。在大多数欧洲国家，磺胺和氟喹诺酮类药物是第二大使用量的抗生素[9]，氧氟沙星、磺胺甲恶唑、磺胺二甲嘧啶、甲氧苄氨嘧啶在水体中经常被检出，在所有抗生素中，磺胺和氟喹诺酮类抗生素成为最重要的水体污染物。

此外，我国在制药行业没有明确的废水排放标准，污水处理厂的传统工艺又没有针对性去除，这就使得药品制造业所产生的污染更为突出。在日常生活中使用的抗生素通过各种途径进入环境后，通过迁移转化，又可以进入水厂，而未被水厂去除的抗生素有可能通过供水系统再次进入日常生活，对人类健康照成潜在的危害。

2 环境效应

这类化合物在水环境中具有其独特的性质，如较强的持久性、缓慢生物降解性、生物活性和生物累积性等，虽然这类化合物不像持久性有机污染物一样在环境中长久存在，但同样可对环境产生负作用。若长期暴露于人体或水生、陆生生物体，将会给人类健康和生态环境带来巨大的潜在危险。而且这种作用可能是慢性、远期和累积性的。

水环境作为各种药物的规趋地，出现了大量的环境耐药菌株。根据相关研究，我国磺胺类抗生素在不同地区差异较大，整体耐药率在31.2%～73.1%，其中，单胞菌和弧菌类病原菌对磺胺类药物的耐药性较强。不同氟喹诺酮类抗生素耐药性差异较大，主要集中在氧氟沙星、诺氟沙星和恩诺沙星上，耐药性随时间推移有所增强，且水产养殖发达地区的耐药性更高，其中江苏地区的耐药性达62.5%。嗜水气单胞菌对氟喹诺酮类抗生素的耐药性较强，且遗传性能稳定，耐药性在短期内难以消除。曹海鹏等[10]用生病金鱼对磺胺类药物进行了耐药性研究，结果表明温和气单胞菌和豚鼠气单胞菌对加氧胺嘧啶高度敏感。任燕等[11]在大黄鱼体内分离出了优势菌株，结果显示，恶臭假单胞菌对氧氟沙星、恩诺沙星、诺氟沙星等药物敏感。张骞月等[12]对水产养殖环境中磺胺类药物的耐药菌株进行研究，结果表明奇异变形杆菌属对磺胺类药物的耐受性较强，且沉积物是耐药细菌的主要身材场所。

抗生素可能对水生生物系统平衡造成严重的破坏，由于微生物群落是一种相互依存、相互制约的动态平衡，一些有益菌群如硝化细菌、光合细菌和几种芽孢杆菌对水环境中有机物的分解、转化和循环起着非常重要的作用,抗生素可以导致一些有益菌的消失和有害细菌的大量繁殖。同时，对相关水生生物的毒性作用也被大量报道。邓世杰等[13]通过对黑麦草种子的毒性效应进行研究发现环丙沙星、磺胺嘧啶对均对种子的发芽产生抑制作用，且受磺胺嘧啶影响程度最大，环丙沙星次之。林涛等[14]将斑马鱼胚胎暴露在低剂量磺胺嘧啶下，观察到斑马鱼出现凝血、孵化能力降低、尾部弯曲等畸形现象。此外，斑马鱼在氟喹诺酮类抗生素作用下会出现基因变化，影响幼鱼早期发育等现象[15]。研究表明，大部分抗生素对水生生物急性毒性都较小，半数有效浓度EC50通常在mg/L的范围内。诺氟沙星对刺参幼参的半致死浓度(96 h LC50)为375.5 mg/L，磺胺类抗生素的半致死浓度为296.89 mg/L[16]。

3 分析方法

目前对水中磺胺类和氟喹诺酮类药物残留的主要检测方法有高效液相色谱法、免疫检测法等。He等[17]采用固相萃取结合高效液相色谱法对水体中11种喹诺酮类抗生素进行分析检测，线性关系良好，加标回收率为70%～104%，最低检出限为0.3～1.5 ng/L。赵超群等[18]应用固相萃取技术净化与富集，采用超高效液相色谱-串联质谱法定性和定量测定，建立了饮用水中17种磺胺类药物残留的检测方法，得到了很好的线性关系，能满足饮用水中的磺胺类化合物的检测，具有高效、快速、灵敏度高的优点。液相色谱法需要大量的水体，以固相萃取等方法进行富集和净化，前处理要耗费大量的时间，对大量水体样品的监测不易，尤其对远距离水体的检测非常困难，而且这类仪器价格昂贵。

与仪器分析方法相比，免疫检测法(ELISA)具有半定量和一定的定性能力的筛选方法，可以提供待测物的初步信息，该法灵敏度高，分析过程相对简单，分析速度快。2007年4月至10月间，BYER等[19]用ELISA方法在对安大略湖的地表水草甘膦污染状况进行了分析，739个样品中有33%超过了此方法的检测限(0.1 μg/L)，与传统的方法比较，他们认为免疫方法更加快速简单，而且成本低廉，能满足环境水质的监测要求。Liang等[20]建立了可检测水体中三唑磷的ELISA方法，其检测限可达0.02 μg/L，在土壤和水体的加标回收实验中，回收率良好。考虑到传统检测方法(SPE-LC/MS/MS)方法的缺点，Shelver等[21]制备了磺胺类药物的抗体，建立了ELISA方法，对环境水体中的磺胺药物残留进行了分析检测。由于USEPA认为饮用水中阿特拉津的短期暴露可以导致心、肺、肾等潜在的损伤，考虑到传统方法检测周期长等不足，Graziano等[22]利用ELISA方法对饮用水的大量样本进行了分析评估，他们认为免疫方法可以对水体污染进行更加有效的监管和控制，能够大幅度的降低检测成本。

综上所述，目前对于环境水体有机污染物的免疫检测方法报道较少，虽然认为这种方法高效简单，高通量，成本低廉。然而大多采用普通ELISA，这种方法由于灵敏度不高(灵敏度完全依赖于抗体)，背景干扰大而难以对环境中痕量污染物进行检测[23]，急需研究适合的免疫学新方法来检测水环境中的抗生素残留。

4 结 语

通过对磺胺类药物和喹诺酮类药物的污染途径与分析方法进行分析，了解了该类药物的污染现状。然而，随着抗生素使用量的剧增和环境分析测试技术的快速发展，迫切需要研究能同时检测多种抗生素的既灵敏有高效的检测方法，为水环境保护提供技术支撑。