【文章內容簡介】 中使用的抗生素有 30%~90%以母體化合物形式隨畜禽糞便排出，某些抗生素能以母體化合物形式排出高達 95%［ 2］ 。 因此對該問題更應引起重視。 北京大學臨床藥理研究所肖永紅教授等專家調查推算，中國每年生產(chǎn)抗生素原料 21萬噸，有 萬噸抗生素用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)，占年總產(chǎn)量的 %。濫用抗生素使得抗生素以活性形式存在于污水中。超過 90%的人類使用的抗生素以活性形式排出體外，這些抗生素接著出現(xiàn)在我們的飲用水中，不僅會進入人體干擾正常的菌群平衡，而且還可以通過殺滅周圍環(huán)境中的有益菌來破壞生態(tài)平衡。同時，農(nóng)業(yè)濫用抗生素正在導致超級病毒的傳播，非傳染性疾病和免疫性疾病大大增加了，人類的免疫系統(tǒng)正在衰退，而抗生素的濫用也是造成新型疾病增加的原因之一。 多方面的資料表明，現(xiàn)有水處理技術對污水中含有的相當一部分抗生素沒有明顯的去除效果如抗癲癇藥卡馬西平的去除率僅為 8%，而降血脂藥氯貝酸的去除率幾乎為 0，全部隨污水處理廠出水進入受納水體。因此，對于含有抗 生素的醫(yī)院污水或城市生活污水，無論是否經(jīng)過處理，只要實施排放，均可以導致對地表水、地下水以及農(nóng)田土壤環(huán)境的污染。 此外獸藥抗生素在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中以亞治療劑量長期添加于動物飼料，起到刺激動物生長和促進增產(chǎn)的作用。目前在全球范圍內幾乎所有地區(qū)都采用抗生素來實現(xiàn)增加產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的目的。然而，研究表明，抗生素藥物只有 15%可被吸收利用，大約 85%未被代謝而被直接排放至環(huán)境中。例如，綿羊口服的土霉素中 21%通過尿液排出體外，而 四環(huán)素對藍藻的急性毒性研究 2 對于幼牛 17~75%的氯四環(huán)素未經(jīng)代謝就以母體化合物的形態(tài)被排出體外。到 20xx 年，全國 畜禽糞便的排放量將達 45 億噸。如此大量的畜禽糞便排放，是構成我國抗生素面源污染的主要原因之一?？股卦谒a(chǎn)養(yǎng)殖中也被廣泛使用，近年來公布的數(shù)據(jù)表明，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)使用的抗生素僅有 20~30%被魚類吸收， 70~80%進入水環(huán)境中。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中抗生素的大量使用，是抗生素進入水環(huán)境的一個重要途徑 ［ 3］ 。 四環(huán)素類抗生素 的污染現(xiàn)狀 四環(huán)素類是由鏈霉菌產(chǎn)生的一類廣譜抗生素，在化學結構上都屬于多環(huán)并四苯羧基酰胺母核的衍生物，可分為天然品和四環(huán)素類抗生素，一般通過與核蛋白體的 30S 亞單位結合，阻止氨?；?tRNA 同核蛋白體結合產(chǎn)生藥理作用，起到抑菌、殺菌作用。 20 世紀40 年代末、 50 年代初，金霉素、土霉素和四環(huán)素相繼從鏈霉菌發(fā)酵液中分離得到，這 3種四環(huán)素類抗生素都顯示了完全的交叉抗性，有著相似的、廣泛的抗菌譜，對革蘭氏陽性、革蘭氏陰性菌、支原體、立克次體和衣原體之類的微生物都有活性。 1957 年，去甲環(huán)素被發(fā)現(xiàn)，通過對這些抗生素進行降解研究，人們發(fā)現(xiàn)它們具有極為相似的化學結構，有 4個環(huán)線形相連構成主體骨架，從此“四環(huán)素”被看成一類新的抗生素。目前，四環(huán)素類抗生素中最主要種類包括四環(huán)素、土霉素、金霉素等，其他半 合成制取種類主要包括甲烯土霉素、強力霉素、二甲胺基四環(huán)素等。 四環(huán)素類抗生素在進入人或動物體內后，由于氧化、還原、水解以及共軛接合作用，這些藥物形態(tài)的改變使其理化性質和生態(tài)毒性發(fā)生變化，但研究顯示，隨動物體排出以后，代謝物質可能會恢復為其母體化合物 ［ 4］ 。 在密集型養(yǎng)魚場，最終有 70%~80%藥物流入環(huán)境之中 ［ 5］ 。在密集型畜牧養(yǎng)殖場這種現(xiàn)象同樣嚴重。有報道顯示：土霉素在綿羊糞便中殘留 21%，金霉素在小公牛糞便中殘留 17%~75%［ 6］ 。 Liguoro 等 ［ 7］ 以 60mgkg1d1土霉素的量對 50 頭農(nóng)場喂養(yǎng)的西門塔爾牛進行 5 d 口服實驗，此后對其糞肥中土霉素含量進行測定。結果表明，土霉素在糞肥中的半衰期為 30 d，在糞肥熟化 5 個月后仍然檢測到土霉素的殘留，含量達到 820 μgk1。 在德國農(nóng)業(yè)土壤和草原土壤的 0~10cm 土壤表層中分別檢測到含有 4 mgk1 和 mgk1的四環(huán)素 ［ 8］ 。而在荷蘭，有研究推測，如果將荷蘭在飼料中添加的所有促生長劑分散在 200 萬 hm2的耕地上，那么每平方米的耕地上可能發(fā)現(xiàn) 130 mg 抗生素及其代謝物，與之對應的是每千克干土為 mg。實際上，四環(huán)素類抗生素的分布不可能如此均一，因此可以預測，部分地區(qū)的局部濃度要高于平均值。即由于抗生素環(huán)境濃度預測模型的不成熟，以及抗生素環(huán)境分布的變異性，局部地區(qū)的濃度真實值可能遠大于預測平均值 ［ 9］ 。 由此可見，四環(huán)素類抗生素的污染作為一個全球性普遍存在的問題，這類物質一般均具備高生物活性和持久性，這就決定了其必然具有一定的潛在生態(tài)環(huán)境風險。尤其是隨著集約化現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，抗生素類藥物構成對環(huán)境以及對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康 四環(huán)素對藍藻的急性毒性研究 3 的威脅日益暴露。雖然，人們對藥物及個人防護品污染物（ PPCPs）等新型污 染物造成的生態(tài)環(huán)境問題給予了越來越多的關注，而作為 PPCPs 這一大類污染物中的四環(huán)素類藥物的環(huán)境污染方面的研究還相對較少 ［ 10～ 13］ ，尤其是其污染機理及生態(tài)毒性的研究還處于研究的起始階段。因此，對四環(huán)素類藥物的生態(tài)毒理研究非常必要。 四環(huán)素類抗生素的生態(tài)毒性 四環(huán)素類抗生素對微生物的生態(tài)毒性 由于四環(huán)素類抗生素主要用來抑制菌類物質的生長發(fā)育，因此近年來研究者們對于四環(huán)素對細菌、真菌和微藻等的生態(tài)毒性做了廣泛研究。一般情況下，四環(huán)素對原核生物（如藍藻）的毒性高于單細胞真核生物（如微藻類 ），單細胞生物對抗生素的敏感度則高于多細胞生物，這也與設計生產(chǎn)四環(huán)素類藥物的初衷一致。例如，通過對費氏弧菌的長達 24h毒性研究表明，四環(huán)素的 EC50值為 mgkg1［ 14］ 。 Ferreira 等同時研究了四環(huán)素對扁藻的和鹵蟲的生長抑制情況，結果表明，扁藻對四環(huán)素的敏感度大約為鹵蟲的 70 倍，這一規(guī)律也被許多類似實驗所驗證 ［ 15～ 18］ 。 四環(huán)素類藥物對微藻的毒性主要體現(xiàn)在抑制微藻蛋白質合成和葉綠體的生成最終造成對微藻生長的抑制。 Ferreira 等依據(jù) OECD201 準則《藻類生長抑制測試》（ OECD， 1984）研究了四環(huán)素對扁藻的生長抑制情況。通過 96 h 暴露，在四環(huán)素濃度大于 mgL1溶液中扁藻的生長抑制顯著， NOEC 值為 mgL1， LOEC 值為 mgL1， 72 h 及 96h IC50值分別為 （ 95%置信區(qū)間為： ~ mgL1）和 mgL1（ 95%置信區(qū)間：~ mgL1）。 此外，四環(huán)素類藥物能夠抑制銅綠微囊藻和綠藻的蛋白質合成。強力霉素對綠藻的毒性為 IC50= mgL1［ 19］ ，土霉素能抑制等鞭金藻葉綠素含量的生成，并且藥量越大抑制作用越強；對類胡蘿卜素的生成起促進作用，藥量越大則類胡蘿卜素含量越多。葉綠素含量減少，則藻細胞的光合作用強度下降，即新陳代謝強度減弱，細胞的繁殖能力下降。 ［ 20］ 王志強運用藻類抑制試驗，以光密度法確定藻細胞的生物量，研究了獸醫(yī)臨床 12 種常用的抗菌藥對銅綠微囊藻的急性毒性。試驗結果表明，大多數(shù)所測定的抗菌藥對銅綠微囊藻藻都有不同程度的抑制作用，半數(shù)抑制濃度（ EC50）值處于 mg/L 水平，同時，抗菌藥對藻類的急性毒性呈明顯的劑量效應關系，并且銅綠微囊藻 對抗菌藥較為敏感 ［ 21］ 。 四環(huán)素對藍藻的急性毒性研究 4 表 11 抗菌藥對銅綠微囊藻的急性毒性 抗菌藥對銅綠微囊藻的急性毒性 藥物 濃度范圍 48hEC50 72hEC50 96hEC50 紅霉素 泰樂菌素 替米考星 泰妙菌素 新霉素 阿米卡星 卡那霉素 —— —— —— 氟苯尼考 恩諾沙星 3 諾氟沙星 —— —— —— 四環(huán)素類抗生素對植物的生態(tài)毒性 目前四環(huán)素類抗生素對植物的生態(tài)毒性的研究主要集中在對實驗室模擬條件下水生植物和陸生植物的水培養(yǎng)條件下的毒性研究。多項研究表明，四環(huán)素類抗生素可能通過抑制葉綠體合酶的活性，從而對植物生長產(chǎn)生抑制作用，影響植物發(fā)芽率和根的生長，這與四環(huán)素對微藻的毒性研究結果相似。四環(huán)素類藥物對植物根的毒性較大，高濃度時顯著抑制初生根的生長，這可能與四環(huán)素在植物根部的蓄積量有關，在根部蓄積量最多，因此表現(xiàn)出對根生長的抑制作用最為顯著。 Migliore 等 ［ 22］ 的研究證實了該機制，研究發(fā)現(xiàn)植物的根是抗生素藥物的主要積累場所。當土霉 素濃度升高時，紫花苜蓿的葉子出現(xiàn)變黃現(xiàn)象，四環(huán)素類抗生素對紫花苜蓿的毒性可能是由于四環(huán)素與葉綠體合酶結構相似，因此四環(huán)素抑制了葉綠體翻譯活性及葉綠體合酶的活性。 ［ 2 24］ Kong 等 ［ 25］ 通過一系列溶液培養(yǎng)實驗對于紫花苜蓿對土霉素的攝取情況及土霉素對紫花苜蓿發(fā)芽及根的生長的影響進行了研究。研究表明，當濃度高于 mmolL1時，土霉素對紫花苜蓿的生長有顯著的抑制作用。根的生長較發(fā)芽對土霉素更為敏感，土霉素對紫花苜蓿發(fā)芽及根生長的抑制率分別達61%和 85%。 四環(huán)素類抗生素對動物的 生態(tài)毒性 四環(huán)素類抗生素能夠抑制水生動物多種酶的活性，如乙氧基試鹵靈 O去乙基酶、β 半乳糖苷酶等，并可能造成魚類較嚴重的 DNA 損傷。 Wollenberger 等根據(jù)水蚤急性毒性試驗的標準協(xié)議（ ISO， 1989b）測定了包括四環(huán)素類抗生素在內的 9 種抗生素對水蚤的急性毒性，并根據(jù) 48 h 急性毒性試驗 EC50值進行排序。同時，根據(jù)水蚤繁殖測試標準過程（ OECD， 1996）利用半靜態(tài)檢驗估計其對水蚤生殖能力的毒性效應。結果表明，土霉素的 48h EC50超過 1000 mgL1，而四環(huán)素的 NOEC 值為 340 mgL1，在每個濃度均觀察 四環(huán)素對藍藻的急性毒性研究 5 到對水蚤生殖能力的影響，其影響較急性毒性水平低一個數(shù)量級。 Ferreira 等以硝化纖維過濾的大西洋海水中的鹵蟲為研究對象，通過 24 h 和 48 h 的鹵蟲死亡數(shù)計算死亡率，利用概率值分析法計算半致死濃度，結果顯示，四環(huán)素 24 h 和 48h IC50分別為 mgL1（ 95%置信區(qū)間為： ~ mgL1）和 mgL1（ 95%置信區(qū)間為： ~1129 mgL1），其 NOEC 和 LOEC 值分別為 637 mgL1和 828 mgL1。 四環(huán)素的 理化性質 和藥理毒理 四環(huán)素 的理化性質 該鹽酸鹽為 黃色 結晶性粉末；無臭，味苦；有引濕性；遇光色漸變深，在 堿性 溶液中易破壞失效。在水中溶解，在 乙醇 中略溶，在 氯仿 或 乙醚 中不溶。 分子式 C20H24N2O8，分子量 。黃色晶體，熔點 170～ 175176。C （分解）。微溶于水，溶于 乙醇 和 丙酮 ，在空氣中穩(wěn)定，但易吸收水分，受強日光照射變色。 密度： g/cm3； 沸點： 176。C at 760 mmHg； 蒸汽壓： 0 mmHg at 25176。C。 圖 11 四環(huán)素結構式 對革蘭氏陽性和陰性細菌，各種 立克次氏體 、螺旋體、大型病毒等有抑制作用。用于治療肺炎、斑疹傷寒、 阿米巴 痢等。供口服。但有嘔吐、惡心、腹瀉等 副作用 ?？捎山鹈顾孛撀戎频?，或由培養(yǎng)能產(chǎn)生四環(huán)素 的放線菌的 發(fā)酵液 中提取。 四環(huán)素 的藥理毒理 四環(huán)素為廣譜抑菌劑，高濃度時具殺菌作用。除了常見的革蘭陽性菌、革蘭陰性菌以及厭氧菌外，多數(shù)立克次體屬、支原體屬、衣原體屬、非典型分枝桿菌屬、螺旋體也對本品敏感。四環(huán)素對革蘭陽性菌的作用優(yōu)于 革蘭陰性菌 ，但 腸球菌屬 對其耐藥。其他如放線菌屬、炭疽桿菌、單核細胞增多性李斯特菌、梭狀芽孢桿 菌、奴卡菌屬等對四環(huán)素敏感。四環(huán)素對淋病奈瑟菌具一定抗菌活性，但 耐青霉素 的淋球菌對四環(huán)素也耐藥。四環(huán)素對弧菌、鼠疫桿菌、 布魯菌屬 、彎曲桿菌、耶爾森菌等革蘭陰性菌抗菌作用良好，對銅綠假單 四環(huán)素對藍藻的急性毒性研究 6 胞菌無抗菌活性，對部分 厭氧菌屬 細菌具一定抗菌作用，但遠不如甲硝唑、克林霉素和氯霉素，因此臨床上并不選用。多年來由于四環(huán)素類的廣泛應用，臨床常見病原菌包括葡萄球菌等革蘭陽性菌及腸桿菌屬等革蘭陰性桿菌對四環(huán)素多數(shù)耐藥，并且，同類品種之間存在交叉耐藥。四環(huán)素的作用機制在于藥物能特異性地與細菌核糖體 30S 亞基的 A 位置結合，阻止氨基酰－ tRNA 在該位上的聯(lián)結，從而抑制肽連的增長和影響細菌蛋白質的合成。 藍藻 、銅綠微囊藻 藍藻概述 藍藻和具原核的細菌等一起，單立為原核生物界。所有的藍藻都含有一種特殊的藍色色素，藍藻就是因此得名。藍藻門分為兩綱：色球藻綱和藻殖段綱。色球藻綱藻體為單細胞體或群體；藻殖段綱藻體為絲狀體，有藻殖段。藍藻在地球上分布十分廣泛，遍及世界各地，但大多數(shù)（約 75%）淡水產(chǎn)，少數(shù)海產(chǎn)；有些藍藻可生活在 60～ 85?C 的溫泉中；有些種類和菌、苔蘚、蕨類和裸子植物共生；有些還可穿入鈣質巖石或介殼中（如穿鈣藻類）或土壤深層中（如土壤藍藻）。 銅綠微囊藻概述 銅綠微囊藻是常見的水華藍藻，屬原核生物界、真細菌、藍藻門、藍藻綱、色球藻目、微囊藻科、微囊藻屬。銅綠微囊藻細胞大小僅有 3 至 8 微米，且其外沒有鞘包覆。細胞常聚集成肉眼可見的群落，這些群落