四環素類抗生素的環境行為研究進展

楊軼博　李莉　王新爽

【摘 要】在中國，四環素類抗生素的生產和使用量居各類獸藥之首。其殘留在環境中而發生的各種環境行為，對環境和生態所造成的危害已引起社會各界的廣泛關注。本文著重對四環素類抗生素的吸附，遷移，降解等環境行為研究進行相關綜述，揭示其環境行為，為此類藥物的污染防治提供科學依據。

【關鍵詞】抗生素；吸附；遷移；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

中國在不斷發展畜禽養殖業的同時，對于獸藥抗生素的需求量也越來越高。而四環素類藥物的生產和使用量居各類獸藥之首。2003年，中國對土霉素的產量達到了10000t，占當時世界總產量的65%。在生產和使用的同時，中國也是四環素類藥物的銷售大國。2008年四環素類藥物的出口量達到1.34萬t[1]。

四環素類抗生素（Tetracyclines）是由放線菌產生的一類廣譜抗生素，包括四環素（Tetracycline），金霉素（Chlortetracycline），土霉素（Oxytetracycline）及半合成衍生物美他環素，強力霉素，米諾霉素等。其廣泛應用于畜禽養殖中，具有防治禽畜疾病及促進生長等作用。但被動物食用后，不能被肌體完全吸收，絕大部分以原藥或代謝產物隨著糞便和尿液排出體外[2]。在土壤、水等環境介質甚至動物食品中均檢測到殘留，其殘留及環境行為受到人們關注。

1 四環素類抗生素在環境中的吸附

抗生素在環境中的吸附是常見的環境行為之一，其體現了抗生素與環境介質間的相互作用，亦對抗生素在環境中的遷移，降解等其他環境行為產生影響。

通過對抗生素在土壤中的吸附行為研究，得知其在土壤表面的吸附存在多種方式。如物理吸附、化學吸附、氫鍵結合、配位鍵結合等。吸附能力的強弱與土壤特性，及抗生素本身化學結構、理化性質有關[3]。長時間以來，由于向土壤中施加糞肥等因素，四環素類抗生素也隨之進入土壤，其去向與土壤對其的吸附強度存在密切關系。近年來，單一的土壤性質對四環素類抗生素的吸附解吸行為研究較多，Jones等[4]從土壤對土霉素的吸附研究中發現，土壤的有機碳含量，顆粒組成，陽離子交換量等因素都可對吸附量產生影響。也有研究發現，四環素極易在粘性土壤中吸附，且遷移性幾乎沒有。粘性土壤對金霉素的吸附量高于砂壤土。對于四環素類抗生素在不同土壤中的吸附，Sassman等[5]在研究時也得到了相似結論，四環素類抗生素在土壤中的吸附量多受土壤pH、有機碳含量，機械組成等因素影響，且其易被土壤吸附。

2 四環素類抗生素在環境中的遷移

在雨水的淋溶、地表徑流，滲濾等作用下，抗生素在土壤中經過遷移進入到地表水或地下水，對水環境造成威脅。一般研究表明，如在環境中吸附能力較弱，則在淋溶、地表徑流等作用下，更易向地下水和地表水中遷移，對水環境造成威脅。對于抗生素在環境中的遷移多與其自身光穩定性、鍵合和土壤性質有關。普錦成等[6]的研究表明，在砂質土壤中土霉素的遷移要比其在粘質土壤中明顯。Kay[7]等用土柱淋溶試驗研究了對土霉素的遷移規律，其中在土柱的滲濾液中未測到土霉素，但在整個土柱中均能測到土霉素含量，表明四環素類抗生素具有一定的遷移能力。

3 四環素類抗生素在環境中的降解

3.1 四環素類抗生素的生物降解

抗生素的生物降解多表現為微生物降解和植物降解。其微生物降解過程就是在微生物作用下，結構和理化性質被改變?；衔镉纱蠓肿颖唤到鉃樾》肿?，并最終轉化為CO2和H2O。另外也有研究指出乳酸菌、放線菌、酵母菌、光合菌、硝化細菌等同樣能使抗生素降解[8]。其中在堆肥過程中，向外源添加有益降解菌可促進四環素類抗生素的降解[9]。秦莉等[10]研究了堆肥中外源復合菌系對金霉素的降解作用。結果表明，堆肥過程中，通過接種外源復合菌系，金霉素的降解率達到82.23%，比未接種外源復合菌系的金霉素降解率約提升22.23%。

抗生素生物降解的另一種則是植物降解，關于四環素類抗生素在植物中的降解學者也有大量研究。Grote M[11]等研究植物對金霉素的吸收中發現，金霉素被冬小麥根部吸收，進而轉移至莖葉，最后甚至可進入到果實中。Kumar[12]等用甘藍、玉米和葉用洋蔥研究植物對金霉素的吸收。結果表明，這三種植物不僅能吸收金霉素，且隨金霉素濃度的增大其吸附量也隨之增大。通過研究植物對抗生素的降解行為，也為抗生素在土壤中的污染治理開拓了新思路。

3.2 四環素類抗生素的非生物降解

四環素類抗生素的非生物降解包括光解，水解以及氧化降解等方式。光降解是四環素類抗生素在環境中常見降解途徑之一。其反應機理一般認為是分子吸收光能變成激發態而引發各種反應。通過研究得到，土霉素和金霉素都具有光解特性[13]。且通過NaCl和TiO2等強光敏劑的作用，也可加速四環素類抗生素在環境中的降解[8]。

水解是四環素類抗生素在環境中另一典型的降解途徑。一般認為，溫度及pH對水中抗生素的降解會產生顯著影響，且在不同水環境中降解速率也存在差異。鄭麗英[14]對不同pH，不同溫度及不同水環境中金霉素在的降解作用進行了研究。結果表明，金霉素是較易水解的，其在酸性條件下的水解速率明顯低于堿性及中性條件，而室溫20℃時的水解速率也遠底于高溫70℃。得到pH和溫度對其水解速率的影響較明顯。另外，由于在環境水體中各種降解過程對金霉素綜合作用，金霉素在環境水體中的降解明顯比在水解試驗中速率要快。

四環素類抗生素除了光解及水解，也有研究發現，強氧化劑同樣可使四環素類抗生素發生降解。如四環素類抗生素在臭氧的強氧化作用下，降解率有明顯提升。Wu等[15]在研究中發現，對20mg·L-1的四環素進行5min臭氧處理，可完全降解。

4 結語

積蓄在動物食品中，又或是在環境介質中的抗生素，不但污染環境，對動植物生長產生影響。其也可通過食物鏈進入人體，嚴重威脅人類健康?？股氐奈廴疽呀浀玫缴鐣鹘绲膹V泛關注，對其研究也開始逐步系統建立起來，目前雖已取得了一定成果。但對于抗生素在環境中存在的各種問題，仍將有很長的一段路要走。

【參考文獻】

[1]賀德春，許振成，吳根義，丘錦榮，秦國建.四環素類抗生素的環境行為研究進展[J].動物醫學進展，2011，32（4）：98-102.

[2]國彬，姚麗賢，文忠珍，等.磺胺類獸藥對土壤微生物數量的影響[J].環境化學學報，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]普錦成，章明奎.2009.泰樂菌素和土霉素在農業土壤中的消解和運移[J].中國生態農業學報，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]劉偉，王慧，陳小軍，等.抗生素在環境中降解的研究進展[J].動物醫學進展，2009，30（3）：89-94.

[9]張樹清，張夫道，劉秀梅，等.高溫堆肥對禽畜糞便中抗生素降解和重金屬鈍化的作用[J].中國農業科學，2006，39（2）：337-343.

[10]秦莉，高茹英，李國學，等.外源復合菌系對堆肥纖維素和金霉素降解效果的研究[J].農業環境科學學報，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]匡偉光，孫志良，陳小軍，等.農業科學學報，2007，26（5）：1784-1788.

[14]鄭麗英.金霉素的水解動力學研究[J].廣州化工，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.

[責任編輯：湯靜]