生 态 环 境 学 报 213, 22(2): 34-31 Ecology and Environmental Sciences http://www.jeesci.com E-mail: editor@jeesci.com 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 污 染 特 征 1, 梁 惜 梅 2 1,, 施 震 2, 黄 小 平 1. 中 国 科 学 院 南 海 海 洋 研 究 所 热 带 海 洋 环 境 国 家 重 点 实 验 室, 广 东 广 州 5131;2. 中 国 科 学 院 大 学, 北 京 49 1* 摘 要 : 抗 生 素 作 为 防 治 细 菌 性 疾 病 的 药 物 和 生 长 促 进 剂 被 大 量 应 用 于 水 产 养 殖 业 中, 然 而 抗 生 素 在 养 殖 环 境 中 的 残 留 可 能 会 诱 导 耐 药 性 细 菌 的 产 生 对 非 靶 生 物 产 生 毒 害 和 对 水 产 品 消 费 者 造 成 健 康 威 胁 等 近 年 来, 国 内 外 关 于 抗 生 素 污 染 特 征 的 研 究 主 要 集 中 在 河 流 河 口 湾 和 污 水 处 理 厂 等 水 环 境 中, 而 对 水 产 养 殖 区 抗 生 素 污 染 的 研 究 较 少 利 用 固 相 萃 取 高 效 液 相 色 谱 / 串 联 质 谱 法 调 查 了 3 种 磺 胺 类 3 种 喹 诺 酮 类 1 种 四 环 素 类 和 2 种 大 环 内 酯 类 抗 生 素 在 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 水 和 沉 积 物 中 的 含 量 水 平, 揭 示 其 在 典 型 水 产 养 殖 环 境 中 的 污 染 现 状 与 分 布 特 征, 以 期 为 我 国 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 环 境 风 险 评 价 提 供 科 学 依 据 结 果 表 明, 在 所 有 样 品 中 磺 胺 类 抗 生 素 均 未 检 出, 其 他 3 类 抗 生 素 残 留 浓 度 和 检 出 率 大 小 顺 序 为 喹 诺 酮 类 抗 生 素 > 四 环 素 类 抗 生 素 > 大 环 内 酯 类 抗 生 素 在 水 和 沉 积 物 中 分 别 检 出 2 类 3 种 ( 诺 氟 沙 星 氧 氟 沙 星 和 四 环 素 ) 和 3 类 5 种 ( 诺 氟 沙 星 氧 氟 沙 星 恩 诺 沙 星 四 环 素 和 脱 水 红 霉 素 ) 抗 生 素 残 留, 平 均 质 量 浓 度 分 别 在 7.63~59. ng L -1 和.97~85.25 ng g -1 之 间 沉 积 物 中 抗 生 素 检 出 率 和 种 类 均 比 水 中 的 高, 表 明 沉 积 物 既 是 抗 生 素 的 储 存 库 又 是 水 中 抗 生 素 潜 在 的 污 染 源 相 同 养 殖 模 式 下, 养 殖 时 间 越 长, 抗 生 素 的 总 量 越 高, 显 示 出 抗 生 素 的 累 积 效 应 珠 江 口 水 产 养 殖 区 废 水 的 排 放 可 能 是 周 围 水 环 境 中 抗 生 素 污 染 的 重 要 来 源 之 一 关 键 词 : 抗 生 素 ; 污 染 ; 水 ; 沉 积 物 ; 水 产 养 殖 区 ; 珠 江 口 中 图 分 类 号 :X55 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1674-596(213)2-34-7 引 用 格 式 : 梁 惜 梅, 施 震, 黄 小 平. 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 污 染 特 征 [J]. 生 态 环 境 学 报, 213, 22(2): 34-31. LIANG Ximei, SHI Zhen, HUANG Xiaoping. Occurrence of antibiotics in typical aquaculture of the Pearl River Estuary [J]. Ecology and Environmental Sciences, 213, 22(2): 34-31. 抗 生 素 (Antibiotics) 是 生 物 ( 包 括 微 生 物 植 物 和 动 物 等 ) 在 其 生 命 活 动 过 程 中 所 产 生 的 ( 或 由 其 他 方 法 获 得 的 ), 能 在 低 微 浓 度 下 有 选 择 地 抑 制 或 影 响 它 种 生 物 功 能 的 有 机 物 质 [1-2] 随 着 水 产 养 殖 业 的 发 展, 抗 生 素 在 促 生 长 预 防 和 治 疗 感 染 性 疾 病 方 面 被 广 泛 使 用, 为 动 物 的 快 速 健 康 生 长 做 出 了 重 要 的 贡 献 [3] 但 是, 抗 生 素 在 水 产 养 殖 业 的 广 泛 使 用, 也 不 可 避 免 地 造 成 了 水 环 境 中 抗 生 素 的 残 留, 并 可 能 会 引 发 多 种 危 害, 例 如 对 细 菌 产 生 选 择 压 力 诱 导 抗 生 素 抗 性 基 因 对 非 靶 生 物 产 生 毒 害 对 水 产 品 消 费 者 造 成 健 康 威 胁 等 [4-7] 因 此, 对 水 产 养 殖 环 境 中 抗 生 素 污 染 的 研 究 具 有 非 常 重 要 的 意 义 然 而, 近 年 来 国 内 外 关 于 抗 生 素 污 染 特 征 的 研 究 主 要 集 中 在 河 流 河 口 湾 和 污 水 处 理 厂 等 水 环 境 中 [8-11], 对 水 产 养 殖 区 中 抗 生 素 污 染 的 研 究 虽 略 见 报 道 [12-13], 但 大 多 集 中 于 特 定 种 类 抗 生 素 检 测 方 法 的 建 立 和 残 留 浓 度 的 检 测, 而 对 不 同 养 殖 模 式 或 养 殖 时 间 条 件 下 抗 生 素 残 留 浓 度 和 种 类 的 比 较 研 究 还 较 为 少 见 [14] 本 研 究 以 珠 江 口 不 同 养 殖 模 式 或 养 殖 时 间 的 典 型 水 产 养 殖 区 作 为 研 究 对 象, 调 查 了 3 种 磺 胺 类 3 种 喹 诺 酮 类 1 种 四 环 素 类 和 2 种 大 环 内 酯 类 抗 生 素 在 养 殖 区 水 和 沉 积 物 中 含 量 水 平, 揭 示 其 在 典 型 水 产 养 殖 环 境 中 的 污 染 现 状 与 分 布 特 征, 评 价 其 潜 在 危 害, 旨 在 为 我 国 水 产 养 殖 区 抗 生 素 使 用 和 残 留 的 环 境 风 险 评 价 提 供 科 学 依 据 1 材 料 与 方 法 1.1 主 要 仪 器 与 试 剂 Agilent 1 高 效 液 相 色 谱 仪 ( 美 国 Agilent 公 司 ) API 质 谱 联 用 仪 ( 美 国 Aplied Biosystems 公 司 ); 十 二 孔 固 相 萃 取 装 置 ( 美 国 Supelco 公 司 ); HSC-12A 氮 吹 仪 ( 天 津 恒 奥 科 技 有 限 公 司 ); 超 声 波 清 洗 器 ( 美 国 Branson 公 司 ); 旋 转 蒸 发 仪 ( 瑞 士 BÜCHI 公 司 );Advantage 2. 冷 冻 干 燥 机 ( 美 国 VirTis 公 司 );ph 计 ( 美 国 Orion 公 司 ) 磺 胺 嘧 啶 (SDZ) 磺 胺 二 甲 基 嘧 啶 (SMZ) 磺 胺 甲 基 异 噁 唑 (SMX) 诺 氟 沙 星 (NOR) 氧 氟 沙 星 (OFL) 恩 诺 沙 星 (ENR) 四 环 素 (TC) 红 霉 素 (ETM) 基 金 项 目 : 中 国 科 学 院 知 识 创 新 工 程 项 目 (KZCX2-YW-Q7); 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (41769;7786);98 专 项 (GD98-JC-6) 作 者 简 介 : 梁 惜 梅 (1985 年 生 ), 女, 博 士 研 究 生, 研 究 方 向 为 海 洋 环 境 污 染 与 生 态 保 护 E-mail: willie3@163.com * 通 信 作 者 : 黄 小 平, 男, 研 究 员, 博 士 生 导 师, 研 究 方 向 为 海 洋 环 境 与 污 染 生 态 学 E-mail: xphuang@scsio.ac.cn 收 稿 日 期 :212-12-25
梁 惜 梅 等 : 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 污 染 特 征 35 和 罗 红 霉 素 (RTM) 标 准 品 ( 美 国 Sigma 公 司 ); 回 收 率 指 示 物 13 C 3 - 咖 啡 因 ( 美 国 剑 桥 同 位 素 实 验 室 ); Oasis HLB 固 相 萃 取 小 柱 (5 mg/6ml, 美 国 Waters 公 司 );SAX 阴 离 子 交 换 小 柱 (2 mg/6ml, 德 国 CNW 公 司 ); 色 谱 纯 甲 醇 乙 腈 ( 德 国 Merck 公 司 ); 乙 二 酸 四 乙 胺 二 钠 盐 ((Na 2 EDTA) 氢 氧 化 钠 柠 檬 酸 柠 檬 酸 钠 和 甲 酸 ( 分 析 纯, 广 州 化 学 试 剂 厂 );.7 μm 玻 璃 纤 维 滤 膜 (GF/F, 英 国 Whatman 公 司 );.22 μm 针 头 式 过 滤 器 ( 有 机, 天 津 市 津 腾 实 验 设 备 公 司 ) 分 别 准 确 称 取 1 mg 标 准 品, 磺 胺 类 四 环 素 类 和 大 环 内 酯 类 抗 生 素 用 甲 醇 溶 解 并 定 容 于 ml 棕 色 容 量 瓶 中, 而 喹 诺 酮 类 抗 生 素 用 含.5% (V/V) 氢 氧 化 钠 溶 液 (1 mol L -1 ) 的 甲 醇 预 溶 并 定 容, 均 配 成 mg L -1 的 单 标 储 备 液 所 有 的 标 准 品 储 备 液 置 于 -2 中 避 光 保 存 红 霉 素 在 ph 小 于 7 的 条 件 下 不 稳 定, 会 发 生 分 子 内 脱 水 环 合 反 应, 因 此, 人 和 动 物 口 服 后 易 被 胃 酸 破 坏 生 成 脱 水 红 霉 素 环 境 中 检 测 到 的 红 霉 素 多 以 脱 水 的 形 式 存 在 [15] 脱 水 红 霉 素 标 准 液 [16] (ETM-H 2 O) 按 照 Xu 等 方 法 由 红 霉 素 储 备 液 制 备 获 得 1.2 样 品 的 采 集 选 定 的 水 产 养 殖 区 位 于 珠 江 口 西 岸 ( 如 图 1 所 示 ), 于 212 年 3 月 采 集 了 该 养 殖 区 内 2 个 四 大 家 鱼 ( 青 鱼 (Mylopharyngodon piceus) 草 鱼 (Ctenopharyngodon idellus) 鲢 鱼 (Hypophthalmichehys molitrix) 鳙 鱼 (Aristichthys nobilis) 养 殖 塘 (F1 与 F2) 2 个 南 美 白 对 虾 (Penaeus vannmei) 养 殖 塘 (S1 与 S2) 和 1 个 南 美 白 对 虾 与 青 蟹 (Scylla serrata) 混 养 塘 (S3) 的 表 层 水 和 沉 积 物 样 本 ( 图 1) 其 中 F1 F2 S1 和 S2 的 养 殖 时 间 分 别 为 1 个 月 4 个 月 4 个 月 ( 已 收 获 ) 和 3 个 月, 水 中 盐 度 分 别 为 1.8 2.3 2. 和 2.1, 其 塘 龄 均 约 为 5 年 ;S3 为 全 年 养 殖, 水 中 盐 度 为 8.7, 塘 龄 为 7 年 每 个 均 使 用 采 水 器 在 养 殖 塘 的 四 角 及 中 央 采 集 表 层 (.5 m) 水 样 各 5 L, 现 场 充 分 混 匀 后 装 于 5 L 样 品 瓶 中 ; 同 时 采 集 沉 积 物 样 品, 充 分 混 匀 后 取 2 g 左 右 装 入 样 品 袋 中 此 外, 采 集 养 殖 区 内 离 地 面 深 度 约 为 25 m 的 地 下 水 样 品 作 为 空 白 对 照 (G)( 图 1) 所 有 样 品 采 集 后 随 即 放 于 4 冰 盒 中 保 存 1.3 样 品 处 理 水 样 采 集 后 24 h 内 经.7 μm 玻 璃 纤 维 滤 膜 过 滤 对 已 过 滤 水 样 中 抗 生 素 的 提 取 参 照 Gulkowska [15] [16] 等 和 Xu 等 方 法 取 1 L 已 过 滤 水 样 加 入 1 ml 5 g L -1 Na 2 EDTA, 用 甲 酸 (5 mol L -1 ) 调 ph 至 3., 加 入 ng 回 收 率 指 示 物 13 C 3 - 咖 啡 因, 充 分 混 匀, 然 后 用 Oasis HLB 小 柱 进 行 固 相 萃 取 富 集 上 样 前, HLB 柱 依 次 用 6 ml 甲 醇 和 6 ml 超 纯 水 进 行 活 化 平 衡 ; 然 后 水 样 以 小 于 1 ml min -1 的 速 度 过 HLB 柱 ; 上 样 后, 用 1 ml 超 纯 水 淋 洗 HLB 柱, 然 后 图 1 珠 江 口 水 产 养 殖 区 采 样 站 位 图 Fig.1 Sketch map showing sampling locations in aquaculture area of the Pearl River Estuary
36 生 态 环 境 学 报 第 22 卷 第 2 期 (213 年 2 月 ) 在 负 压 下 抽 干 1 min; 最 后 用 6 ml 甲 醇 洗 脱, 洗 脱 液 收 集 于 1 ml 具 塞 离 心 管 中 沉 积 物 样 品 经 冷 冻 干 燥 机 干 燥 24 h 后, 用 玛 瑙 研 钵 研 磨 并 过 目 筛 沉 积 物 中 抗 生 素 的 提 取 参 [17] 照 Zhou 等 方 法 进 行 准 确 称 取 2 g 沉 积 物 置 于 3 ml 玻 璃 离 心 管 中, 加 入 ng 回 收 率 指 示 物 13 C 3 - 咖 啡 因, 涡 旋 混 匀 1 min,4 避 光 放 置 过 夜 后, 分 别 加 入 1 ml 乙 腈 和.2 M 柠 檬 酸 缓 冲 液 (ph=3), 涡 旋 混 匀 1 min, 超 声 波 提 取 15 min, 然 后 137 g min -1 离 心 1 min, 上 清 液 转 移 至 圆 底 烧 瓶 中 并 4 避 光 保 存, 残 留 物 重 复 提 取 3 次 并 将 上 清 液 合 并 至 圆 底 烧 瓶 中 所 提 取 的 上 清 液 55 旋 转 蒸 发 至 体 积 不 变 以 去 除 有 机 溶 剂 后, 加 入.2 g Na 2 EDTA, 并 用 超 纯 水 定 容 至 2 ml, 充 分 混 匀, 过 SAX-HLB 萃 取 系 统 上 样 前, 用 SAX-HLB 串 联 柱 依 次 用 1 ml 甲 醇 和 1 ml 超 纯 水 活 化 平 衡 ; 然 后 稀 释 样 品 以 小 于 5 ml min -1 的 速 度 过 柱 ; 上 样 后, 取 下 SAX 柱, 并 用 1 ml 超 纯 水 淋 洗 HLB 柱, 在 负 压 下 抽 干 1 min; 最 后 用 12 ml 甲 醇 洗 脱, 洗 脱 液 收 集 于 15 ml 具 塞 离 心 管 中 所 有 的 洗 脱 液 在 室 温 下 氮 吹 近 干, 以 体 积 比 为 的 甲 醇 - 水 定 容 至 1 ml, 经.22 μm 针 头 式 过 滤 器 过 滤 于 进 样 瓶 中 待 测 1.4 色 谱 - 质 谱 条 件 色 谱 柱 为 ZORBAX C 18 (2.1 mm 15 mm; 5 μm); 流 动 相 为 乙 腈 (A) 和.2% (V/V) 甲 酸 溶 液 (B), 柱 温 25, 流 速.3 ml min -1 ; 进 样 量 5 μl 梯 度 洗 脱 顺 序 : min,12% A;2 min,5% A;1 min, 7% A;1 min,12% A;2 min,12% A 质 谱 离 子 源 为 电 喷 雾 电 离 (ES I +); 检 测 方 式 为 多 反 应 监 测 模 式 ; 辅 助 加 热 气 温 度 5 ; 电 离 电 压 5.5 kv 每 种 抗 生 素 的 质 谱 检 测 参 数 见 表 1 1.5 方 法 回 收 率 及 质 量 控 制 以 养 殖 区 水 和 沉 积 物 为 基 质 进 行 加 标 回 收 实 表 1 抗 生 素 和 回 收 率 指 示 物 的 质 谱 分 析 参 数 Table 1 MS/MS parameters for antibiotics and surrogate standard 抗 生 素 母 离 子 子 离 子 去 簇 电 压 /V 碰 撞 能 /ev 磺 胺 嘧 啶 251.2 251.2 磺 胺 二 甲 基 嘧 啶 279.2 279.2 磺 胺 甲 基 异 噁 唑 254.2 254.2 诺 氟 沙 星 32.2 32.2 氧 氟 沙 星 362.4 362.4 恩 诺 沙 星 3.3 3.3 四 环 素 445.2 445.2 脱 水 红 霉 716.5 716.5 罗 红 霉 素 837.6 837.6 13 C 3 - 咖 啡 因 198.2 198.2 156.2 18.2 186.2 156.2 156.2 18.2 32.3 233.3 318.3 261.3 316.4 245.4 41.2 427.4 559. 158.6 6.2 158.7 1.3 112.3 验, 加 标 水 平 分 别 为 5 ng L -1 和 5 ng g -1 (n=4) 养 殖 区 水 中 抗 生 素 的 回 收 率 在 73.5~11.48% 之 间, 沉 积 物 中 的 回 收 率 在 57.81~88.9% 之 间 ( 表 2) 水 中 抗 生 素 的 检 出 限 为 1.58~1.15 ng L -1, 沉 积 物 的 的 检 出 限 为.38~3.12 ng g -1 ( 表 2) 化 合 物 采 用 外 标 法 定 量 配 制 一 系 列 质 量 浓 度 范 围.1~1 ng L -1 的 混 合 标 准 溶 液 进 行 测 定, 得 到 质 量 浓 度 - 峰 面 积 标 准 工 作 曲 线, 相 关 系 数 均 大 于.992 采 用 目 标 化 合 物 的 母 离 子 和 特 征 子 离 子 为 监 测 离 子 对 (MRM), 并 结 合 不 同 的 保 留 时 间 对 目 标 化 合 物 进 行 定 性 并 在 所 有 的 实 验 中 加 入 回 收 率 指 示 物, 对 实 验 过 程 进 行 监 控 回 收 率 指 示 物 13 C 3 - 咖 啡 因 在 水 样 品 中 的 平 均 回 收 率 为 95.9%, 在 沉 积 物 样 品 中 为 76.26% 65 65 62 62 7 9 9 5 5 54 54 7 7 75 75 23 36 25 27 23 37 31 36 27 39 29 39 27 22 26 43 31 47 28 32 Table 2 表 2 抗 生 素 的 加 标 回 收 率 和 检 出 限 Recoveries and limits of quantification of antibiotics in this study 化 合 物 回 收 率 ± 标 准 偏 差 /% 检 出 限 水 沉 积 物 ρ( 水 )/(ng L -1 ) w( 沉 积 物 )/(ng g -1 ) 磺 胺 嘧 啶 76.22 ± 9.94 86.11 ± 11.3 1.96.45 磺 胺 二 甲 基 嘧 啶 82.27 ± 2.61 82.53 ± 6.1 1.58.38 磺 胺 甲 基 异 噁 唑 73.5 ± 1. 88.27 ± 8.68 2.1 1.7 诺 氟 沙 星 11.48 ± 11.1 59.18 ± 3.95 5.63 3.12 氧 氟 沙 星 87.41 ± 6.56 57.81 ± 2.72 5.54.99 恩 诺 沙 星 91.29 ± 5.53 61.7 ± 1.9 5.1 1.25 四 环 素 86.94 ± 4.42 81.5 ± 3.63 4.89.74 脱 水 红 霉 84.88 ± 1. 88.9 ± 7.73 1.15.62 罗 红 霉 素 87.16 ± 9.92 71.92 ± 5.39 9.35 2.63
梁 惜 梅 等 : 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 污 染 特 征 37 表 3 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 中 抗 生 素 含 量 水 平 Table 3 Summaries of antibiotics in typical aquaculture environment of the Pearl River Estuary 化 合 物 水 沉 积 物 检 出 率 /% 质 量 浓 度 /(ng L -1 ) ρ( 平 均 值 )/(ng L -1 ) 检 出 率 /% 质 量 分 数 /(ng g -1 ) w( 平 均 值 )/(ng g -1 ) 磺 胺 嘧 啶 n.d. n.d. n.d. n.d. 磺 胺 二 甲 基 嘧 啶 n.d. n.d. n.d. n.d. 磺 胺 甲 基 异 噁 唑 n.d. n.d. n.d. n.d. 诺 氟 沙 星 29.79~78.29 59. 5.24~153.6 85.25 氧 氟 沙 星 n.d.~9.16 7.63 n.d.~2.8 1.79 恩 诺 沙 星 n.d. n.d. n.d.~25.62 1.5 四 环 素 n.d.~.92.84 9.98~24.11 15.52 脱 水 红 霉 n.d. n.d. n.d.~1.8.97 罗 红 霉 素 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 为 未 检 出 2 结 果 与 讨 论 2.1 抗 生 素 在 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 中 的 含 量 水 平 及 其 影 响 空 白 对 照 G 中 没 检 测 到 抗 生 素 的 存 在 表 3 显 示 了 9 种 抗 生 素 在 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 水 和 沉 积 物 中 的 含 量 水 平 结 果 显 示, 在 所 有 样 品 中, 共 检 测 到 5 种 抗 生 素, 其 中 在 沉 积 物 样 品 中 诺 氟 沙 星 氧 氟 沙 星 恩 诺 沙 星 和 四 环 素 的 检 出 率 较 高, 大 于 %, 平 均 质 量 分 数 在 1.79~85.25 ng g -1 之 间 ; 水 中 诺 氟 沙 星 和 氧 氟 沙 星 的 检 出 率 较 高, 大 于 %, 平 均 质 量 浓 度 分 别 为 59. ng L -1 和 7.63 ng L -1 而 磺 胺 嘧 啶 磺 胺 二 甲 基 嘧 啶 磺 胺 甲 基 异 噁 唑 和 罗 红 霉 素 在 所 有 样 品 中 均 未 检 出 该 结 果 表 明 在 珠 江 口 水 产 养 殖 环 境 中 不 同 抗 生 素 的 检 出 率 和 含 量 水 平 之 间 存 在 差 异, 这 可 能 与 这 些 抗 生 素 在 该 地 区 的 使 用 习 惯 及 其 环 境 行 为 有 关 [18] 喹 诺 酮 类 抗 生 素 是 近 年 来 研 究 最 多 用 量 较 大 的 一 类 合 成 抗 菌 药 [19] 有 研 究 表 明, 喹 诺 酮 类 抗 生 素 在 河 流 水 产 养 殖 区 污 水 处 理 厂 等 水 环 境 中 均 有 较 高 的 检 出 率 和 含 量, 说 明 该 类 药 物 的 使 用 范 围 广 且 使 用 量 大, 并 能 在 环 境 中 大 量 残 留 [9,11,13,16] 本 研 究 在 养 殖 区 水 和 沉 积 物 中 均 检 测 到 喹 诺 酮 类 抗 生 素 的 存 在, 且 与 其 他 抗 生 素 比 较, 其 含 量 水 平 较 高, 反 映 了 该 类 药 物 在 珠 江 口 水 产 养 殖 过 程 中 具 有 较 高 的 使 用 量 四 环 素 属 于 天 然 的 四 环 素 类 药 物, 被 广 泛 应 用 于 动 物 疾 病 的 防 治, 并 常 作 为 动 物 促 生 长 剂 使 用 [2] 本 研 究 中, 四 环 素 的 检 出 率 和 含 量 水 平 均 较 高, 仅 次 于 诺 氟 沙 星, 说 明 该 药 物 是 珠 江 口 水 产 养 殖 过 程 中 常 用 的 药 物 之 一 大 环 内 酯 类 和 磺 胺 类 抗 生 素 也 是 预 防 动 物 疾 病 中 常 用 的 抗 生 素 [19] 目 前, 在 河 流 河 口 和 废 水 处 理 厂 等 水 环 境 中 常 检 测 到 这 两 类 抗 生 素 的 存 在 [8-9,11,17] 然 而, 本 研 究 只 发 现 脱 水 红 霉 素 存 在 于 沉 积 物 中, 其 他 抗 生 素 均 未 检 出 罗 红 霉 素 主 要 为 人 用 药 物, 一 般 极 少 应 用 于 水 产 养 殖 业, 因 此 该 药 物 在 珠 江 口 水 产 养 殖 区 中 未 检 出 而 其 他 药 物 均 为 人 用 和 兽 用 药 物, 其 检 出 率 低 或 未 检 出, 则 很 大 程 度 上 反 映 了 这 些 药 物 在 该 地 区 水 产 养 殖 过 程 中 使 用 率 较 低 甚 至 极 少 使 用 与 其 他 水 产 养 殖 区 比 较, 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 水 中 受 到 抗 生 素 中 等 水 平 的 污 染, 而 沉 积 物 中 受 到 较 高 水 平 的 污 染 ( 表 4) 诺 氟 沙 星 恩 诺 沙 星 和 四 环 素 在 其 他 养 殖 区 沉 积 物 中 的 含 量 很 低 或 大 表 4 不 同 水 产 养 殖 区 中 抗 生 素 含 量 水 平 的 比 较 Table 4 Comparison of antibiotics concentrations in different aquaculture environment 样 品 化 合 物 诺 氟 沙 星 氧 氟 沙 星 恩 诺 沙 星 四 环 素 脱 水 红 霉 素 ρ( 水 )/(ng L -1 ) 珠 江 口 水 产 养 殖 区 29.79~78.29 n.d.~9.16 n.d. n.d.~.92 n.d. [11] 渤 海 湾 养 鱼 塘 265 276 n.a. n.d. 272 [14] 九 龙 江 入 海 口 养 殖 区 3.54 14.8 n.a. n.d. n.d. 珠 江 三 角 洲 淡 水 养 殖 区 n.d. n.a. n.d. n.a. n.a. 大 亚 湾 海 水 养 殖 区 n.d. n.a. n.d. n.a. n.a. w( 沉 积 物 )/(ng g -1 ) 珠 江 口 水 产 养 殖 区 5.24~153.6 n.d.~2.8 n.d.~25.62 9.98~24.11 n.d.~1.8 [21] 天 津 地 区 淡 水 养 殖 区 n.d.~21.2 n.d.~2.63 n.d. n.d. n.a. 珠 江 三 角 洲 淡 水 养 殖 区 5.3~13.28 n.a. n.d.~7.12 n.a. n.a. 大 亚 湾 海 水 养 殖 区 1.88~8. n.a. n.d. n.a. n.a. n.d. 为 未 检 出 ;n.a. 为 未 分 析
38 生 态 环 境 学 报 第 22 卷 第 2 期 (213 年 2 月 ) ρ ( 抗 生 素 )/ (ng. L -1 ) 1 1 12 2 水 脱 水 红 霉 素 四 环 素 恩 诺 沙 星 氧 氟 沙 星 诺 氟 沙 星 w ( 抗 生 素 )/(ng. g -1 ) 2 1 1 1 12 2 沉 积 物 水 沉 积 物 /% 抗 生 素 含 量 的 百 分 比 2 抗 生 素 含 量 的 百 分 比 /% 2 图 2 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 中 抗 生 素 的 分 布 特 征 Fig.2 Distribution of detected antibiotics in typical aquaculture environment of the Pearl River Estuary 多 未 检 出, 而 在 本 研 究 检 测 到 的 含 量 水 平 却 较 高, 为 其 他 养 殖 区 的 3 倍 以 上, 有 的 甚 至 达 几 十 倍, 说 明 珠 江 口 水 产 养 殖 区 沉 积 物 已 经 受 到 较 大 程 度 的 污 染, 必 须 引 起 特 别 关 注 抗 生 素 的 大 量 残 留 可 能 会 对 珠 江 口 水 产 养 殖 区 带 来 一 系 列 负 面 的 影 响, 例 如 诱 导 细 菌 产 生 耐 药 性 甚 至 多 重 耐 药 性 破 坏 微 生 态 平 衡 对 水 生 生 物 产 生 的 毒 性 效 应 等 Tendencia [22] 等 研 究 表 明 与 未 使 用 过 抗 生 素 的 池 塘 比 较, 使 用 过 抗 生 素 的 虾 塘 中 抗 多 重 药 物 的 弧 菌 普 遍 存 在 [3] 李 子 杰 研 究 表 明 抗 生 素 在 抑 制 或 杀 灭 病 原 菌 的 同 时, 可 能 会 抑 制 水 生 动 物 体 内 外 有 益 的 微 生 物, [23] 导 致 微 生 态 环 境 恶 化 而 引 起 新 的 疾 病 聂 湘 平 等 研 究 发 现 诺 氟 沙 星 对 蛋 白 核 小 球 藻 的 96 h EC 5 ( 半 抑 制 浓 度 ) 为 3.78 mg L -1, 属 于 低 毒, 但 诺 氟 沙 星 对 蛋 白 核 小 球 藻 谷 胱 甘 肽 硫 转 移 酶 (GST) 和 过 氧 [18] 化 氢 酶 (CAT) 具 有 显 著 影 响 Zhang 等 研 究 也 表 明 水 环 境 中 残 留 的 依 诺 沙 星 环 丙 沙 星 和 磺 胺 甲 基 异 噁 唑 分 别 对 费 氏 弧 菌 铜 绿 微 囊 藻 和 聚 球 藻 具 有 高 的 生 态 风 险 此 外, 珠 江 口 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 残 留 除 了 对 自 身 养 殖 环 境 的 健 康 发 展 带 来 不 良 的 影 响 外, 也 可 能 会 对 周 围 水 环 境 带 来 负 面 的 影 响 [24] 姜 蕾 等 研 究 表 明 水 产 养 殖 废 水 是 水 环 境 潜 在 的 [11] 抗 生 素 污 染 源 Zou 等 研 究 也 表 明 渤 海 湾 周 围 水 产 养 殖 废 水 的 排 放 是 渤 海 湾 沿 岸 水 中 抗 生 素 污 染 的 重 要 来 源 之 一 在 水 产 养 殖 过 程 中, 养 殖 区 中 残 留 的 抗 生 素 会 随 着 养 殖 水 的 直 接 或 间 接 排 放 进 入 到 周 围 水 环 境 中, 并 造 成 一 定 程 度 的 污 染 [25] 因 此, 珠 江 口 水 产 养 殖 区 废 水 的 排 放 应 该 得 到 有 效 的 处 理 和 控 制 2.2 抗 生 素 在 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 中 的 分 布 特 征 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 中 抗 生 素 的 分 布 特 征 如 图 2 所 示 F1 与 F2 具 有 相 同 的 养 殖 模 式 ( 四 大 家 鱼 养 殖 塘 ), 塘 龄 均 约 为 5 年, 养 殖 时 间 分 别 为 1 个 月 和 4 个 月 ( 在 此 过 程 中 均 未 换 水 ), 由 图 2 可 知, F2 水 和 沉 积 物 中 抗 生 素 的 总 含 量 均 比 F1 的 高, 说 明 抗 生 素 的 含 量 在 水 产 养 殖 过 程 中 会 随 着 养 殖 时 间 的 延 长 而 增 加, 具 有 累 积 效 应 在 南 美 白 对 虾 养 殖 塘 中,S1 已 于 212 年 1 月 全 部 收 获 南 美 白 对 虾 ( 养 殖 期 为 4 个 月 ) 和 排 空 养 殖 水 体, 并 于 212 年 2 月 底 注 入 1/3 的 地 下 水 ( 水 深 约.5 m), 但 与 S2( 养 殖 期 为 3 个 月 ) 比 较, 其 沉 积 物 中 仍 含 有 较 高 含 量 的 抗 生 素, 这 可 能 是 养 殖 过 程 中 抗 生 素 在 沉 积 物 中 累 积 所 致, 同 时 也 说 明 即 使 进 行 养 殖 水 体 的 排 空, 吸 附 在 沉 积 物 中 的 抗 生 素 的 含 量 仍 处 于 较 稳 定 的 状 态, 不 会 随 着 水 的 排 放 而 大 量 减 少 ;S1 水 中 含 有 较 低 含 量 的 诺 氟 沙 星, 但 其 水 源 G 中 没 检 测 到 抗 生 素 的 存 在, 说 明 S1 水 中 的 诺 氟 沙 星 来 源 于 沉 积 物, 抗 生 素 在 水 和 沉 积 物 间 的 迁 移 转 化 是 一 个 动 态 平 衡 的 过 程, 也 表 明 沉 积 物 是 抗 生 素 污 染 物 的 储 存 库, 同 时 也 是 水 中 抗 生 素 潜 在 的 污 染 源 [8,17] 与 其 他 抗 生 素 比 较, 诺 氟 沙 星 含 量 最 高 ( 图 2), 且 水 溶 性 较 强
梁 惜 梅 等 : 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 污 染 特 征 39 (17 mg L -1 ) [17], 因 此 其 从 沉 积 物 向 水 迁 移 的 变 化 现 象 更 为 显 著 S3 为 青 蟹 与 南 美 白 对 虾 混 养 塘 ( 以 青 蟹 为 主 ), 样 品 中 只 检 测 到 诺 氟 沙 星 和 四 环 素, 很 大 程 度 上 反 映 了 这 2 种 药 物 是 该 塘 主 要 使 用 的 药 物 与 四 大 家 鱼 和 南 美 白 对 虾 养 殖 塘 比 较,S3 沉 积 物 中 抗 生 素 的 总 含 量 最 高, 这 可 能 与 养 殖 时 间 有 关, 该 塘 全 年 养 殖, 且 塘 龄 最 长 (7 年 ), 导 致 抗 生 素 在 沉 积 物 中 大 量 累 积 ; 而 水 中 的 含 量 较 低, 可 能 与 该 塘 的 换 水 频 率 有 关, 青 蟹 对 水 质 的 要 求 较 高, 其 换 水 的 频 率 因 此 也 较 高, 换 水 时 对 水 中 抗 生 素 的 含 量 具 有 一 定 的 稀 释 作 用, 导 致 水 中 的 含 量 低, 说 明 了 不 同 养 殖 模 式 的 池 塘 抗 生 素 污 染 的 种 类 和 浓 度 均 存 在 差 异 ( 图 2) 本 研 究 结 果 与 之 前 的 研 究 报 道 一 致 [14] 王 敏 等 研 究 表 明 养 殖 方 式 或 养 殖 生 物 不 同 的 养 殖 塘 水 中 抗 生 素 的 种 类 和 质 量 浓 度 都 不 相 同 3 结 论 (1) 在 珠 江 口 典 型 水 产 养 殖 区 中 共 检 出 3 类 5 种 抗 生 素 残 留, 磺 胺 类 抗 生 素 在 所 有 样 品 中 未 检 出, 其 他 类 抗 生 素 的 残 留 浓 度 和 检 出 率 大 小 顺 序 为 喹 诺 酮 类 抗 生 素 > 四 环 素 类 抗 生 素 > 大 环 内 酯 类 抗 生 素 (2) 水 产 养 殖 区 沉 积 物 中 抗 生 素 的 残 留 较 水 中 的 稳 定, 且 其 检 出 率 和 种 类 均 比 水 中 的 高, 显 示 沉 积 物 既 是 抗 生 素 的 储 存 库 又 是 水 中 抗 生 素 潜 在 的 污 染 源 (3) 具 有 相 同 模 式 的 养 殖 塘 养 殖 时 间 越 长 抗 生 素 的 残 留 量 越 大 ; 而 具 有 不 同 养 殖 模 式 的 养 殖 塘 抗 生 素 污 染 的 种 类 和 浓 度 均 存 在 差 异 (4) 珠 江 口 水 产 养 殖 区 抗 生 素 的 污 染 对 养 殖 环 境 和 周 围 水 环 境 产 生 负 面 的 影 响 珠 江 口 水 产 养 殖 区 废 水 的 排 放 可 能 会 成 为 周 围 水 环 境 抗 生 素 污 染 的 重 要 来 源 之 一 参 考 文 献 : [1] 顾 觉 奋. 抗 生 素 [M]. 上 海 : 上 海 科 学 技 术 出 版 社, 21: 1-2. 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31 生 态 环 境 学 报 第 22 卷 第 2 期 (213 年 2 月 ) Occurrence of antibiotics in typical aquaculture of the Pearl River Estuary LIANG Ximei 1, 2, SHI Zhen 1, 2, HUANG Xiaoping 1* 1. State Key Laboratory of Tropical Oceanography, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 5131, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 49, China Abstract: Antibiotics have widely been used to treat infectious diseases and promote the growth of animals in the aquaculture. However, antibiotic residues in the aquaculture environments may co-select antibiotic resistant bacteria, and potentially exert adverse effects on the non-target organisms and humans. In recent years, many efforts have been made to investigate the occurrences of antibiotics in the rivers, estuaries, and wastewater treatment plants. Nevertheless, limited studies were conducted on antibiotic residues in the aquaculture environments. Aiming to provide baseline data for assessing environmental risks of antibiotics in the aquaculture environment, the occurrence and distributions of commonly used antibiotics, including three sulfonamides, three quinolones, one tetracyclines and two macrolides, in the water and sediments of aquacultural ponds in the Pearl River Estuary were determined using a solid-phase extraction-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry method. Sulfonamides were not found in the investigated aquaculture ponds. The levels and detection frequencies of detectable antibiotics decreased in the following order, quinolones > tetracyclines > macrolides. Three antibiotics (norfloxacin, ofloxacin, and tetracycline) categorizing into two groups were detected in the water, and five antibiotics (norfloxacin, ofloxacin, enrofloxacin, tetracycline, and erythromycin-h 2 O) belonging to three groups were detected in the sediments. Mean concentrations of detected antibiotics ranged from 7.63 to 59. ng L -1 in the water, and from.97 to 85.25 ng g -1 in the sediments. Both detection frequencies and types of antibiotics in the sediments were much higher than those in the water, indicating that the sediment is a sink of antibiotics in the aquatic environments, as well as potential secondary pollution source. Total concentrations of antibiotics increased with the prolongation of rearing time. The use of antibiotics in the aquaculture is an important pollution source of antibiotics in the Pearl River Estuary. Key words: antibiotics; occurrence; water; sediment; aquaculture; Pearl River Estuary