14章3抗生素环境毒理学.pptx

1第五章第五章 抗生素环境毒理学抗生素环境毒理学2 2纲要纲要抗生素简介抗生素简介环境中抗生素污染环境中抗生素污染不同介质抗生素毒性研究不同介质抗生素毒性研究抗生素的分子生态毒理研究进展抗生素的分子生态毒理研究进展环境中抗生素的检测技术环境中抗生素的检测技术水中微量抗生素的去除水中微量抗生素的去除问题与建议问题与建议3一、抗生素简介一、抗生素简介 抗生素（抗生素（antibiotics）是由）是由微生物微生物（包括（包括细菌、真菌、放线菌属细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类的一类次级代谢产物次级代谢产物，能干扰其他生活细胞，能干扰其他生活细胞发育功能的发育功能的化学物质化学物质。抗生素的抗生素的分类：分类：四环素类四环素类四环素、土霉素、多西环素、米诺环素等四环素、土霉素、多西环素、米诺环素等大环内酯类大环内酯类红霉素、罗红霉素、麦迪霉素、乙酰螺旋霉素等红霉素、罗红霉素、麦迪霉素、乙酰螺旋霉素等喹诺酮类喹诺酮类诺氟沙星、环丙沙星、左氧氟沙星、司帕沙星诺氟沙星、环丙沙星、左氧氟沙星、司帕沙星-内酰胺类内酰胺类青霉素：青霉素：青霉素钾、氨苄西林钠、青霉素青霉素钾、氨苄西林钠、青霉素V钾等钾等头孢菌素：头孢菌素：头孢氨苄、头孢拉定、头孢曲松钠等头孢氨苄、头孢拉定、头孢曲松钠等氨基糖苷类氨基糖苷类链霉素、庆大霉素、卡那霉素、小诺米星等链霉素、庆大霉素、卡那霉素、小诺米星等氯霉素类氯霉素类氯霉素氯霉素林可霉素类林可霉素类林可霉素、克林霉素林可霉素、克林霉素抗细菌的抗生抗细菌的抗生素素甲万古霉素、磷霉素、卷曲霉素等甲万古霉素、磷霉素、卷曲霉素等抗真菌抗生素抗真菌抗生素两性霉素两性霉素B、灰黄霉素、制霉菌素、克念菌素等、灰黄霉素、制霉菌素、克念菌素等抗肿瘤抗生素抗肿瘤抗生素丝裂霉素、阿霉素等丝裂霉素、阿霉素等免疫抑制作用免疫抑制作用环孢素环孢素5二、环境中抗生素污染二、环境中抗生素污染(1)医用抗生素污染医用抗生素污染 医用抗生素被认为是目前环境中抗生素污染的医用抗生素被认为是目前环境中抗生素污染的主要来源之一。医用抗生素通过以下途径进入环境主要来源之一。医用抗生素通过以下途径进入环境:医院丢弃的过期抗生素医院丢弃的过期抗生素;残留在药瓶和器械上的生素残留在药瓶和器械上的生素;经由病人粪便和尿液排出的处方抗生素经由病人粪便和尿液排出的处方抗生素;医药企业在生产过程中流的抗生素等。医药企业在生产过程中流的抗生素等。6(2)兽用抗生素污染兽用抗生素污染 大量的饲用抗生素作为大量的饲用抗生素作为饲料添加剂饲料添加剂使用，称之为抗使用，称之为抗菌生长促进剂菌生长促进剂(AGP)。AGP能促进动物的生长，提高畜能促进动物的生长，提高畜禽生产效率。禽生产效率。1、长期使用造成、长期使用造成药物残留和耐药基因的产生药物残留和耐药基因的产生(包括动物包括动物致病菌和内在微生物菌群致病菌和内在微生物菌群)，动物间的粪便接触，特别，动物间的粪便接触，特别是是大规模圈养动物间加速大规模圈养动物间加速了这种了这种耐药基因的扩散耐药基因的扩散，进而，进而对人类染病的医治和微生态环境构成潜在威胁。对人类染病的医治和微生态环境构成潜在威胁。二、环境中抗生素污染二、环境中抗生素污染7 2、抗生素、抗生素被动物吸收被动物吸收后，可分布于体内各个部后，可分布于体内各个部分，也可通过泌乳、产蛋而进入乳、蛋中，而在分，也可通过泌乳、产蛋而进入乳、蛋中，而在肉、蛋、乳等动物产品中残留。残留的抗生素通肉、蛋、乳等动物产品中残留。残留的抗生素通过一般的食品烹饪方法不能完全使其分解，从而过一般的食品烹饪方法不能完全使其分解，从而对对人产生毒副作用人产生毒副作用。以下为土壤和水环境中兽药的主要预期暴露以下为土壤和水环境中兽药的主要预期暴露途径、转归及其生物效应图：途径、转归及其生物效应图：二、环境中抗生素污染二、环境中抗生素污染暴露暴露兽药兽药水产业水产业牧场牲畜牧场牲畜转归转归畜禽粪便畜禽粪便农田或牧场土壤农田或牧场土壤水环境水环境化粪池化粪池家畜促生长剂和家畜抗球虫剂家畜促生长剂和家畜抗球虫剂 地表水地表水 地下水地下水食物链食物链底泥底泥饮用水饮用水生物效应生物效应水生生物水生生物人体健康人体健康土壤微生土壤微生物、动物物、动物不同营养不同营养级生物级生物9(3)农用抗生素污染农用抗生素污染 最早在农业上大面积应用的抗生素是链霉素、土霉最早在农业上大面积应用的抗生素是链霉素、土霉素及其混合液素及其混合液“农霉素农霉素”。现在世界己开发高效、低毒、。现在世界己开发高效、低毒、低残留抗生素，在农业防治病、虫、草害方面发挥了巨低残留抗生素，在农业防治病、虫、草害方面发挥了巨大作用。大作用。但人们在但人们在选用抗生素种类选用抗生素种类、施用剂量及用药时间施用剂量及用药时间等等环节上存在着很多问题。其中环节上存在着很多问题。其中最突出的问题最突出的问题是施用抗生是施用抗生素素种类多种类多、剂量大剂量大，引起药害，是加快了农作物，引起药害，是加快了农作物致病菌致病菌耐药性耐药性的产生，给作物病害的防治带来困难，其药物残的产生，给作物病害的防治带来困难，其药物残留也构成留也构成潜在的危害潜在的危害。二、环境中抗生素污染二、环境中抗生素污染10(4)工业抗生素污染工业抗生素污染 工业抗生素污染主要包括制药厂工业抗生素污染主要包括制药厂废水、废渣内抗生废水、废渣内抗生素残留素残留对环境的污染。抗生素生产过程中产生大量废水，对环境的污染。抗生素生产过程中产生大量废水，废水中不仅废水中不仅COD、SS高，且含生产工艺产生的剩余中高，且含生产工艺产生的剩余中间产物、残留抗生素及有机溶剂等，废水在生化处理中间产物、残留抗生素及有机溶剂等，废水在生化处理中对微生物的生长有强烈的用，处理后，残留的抗生素不对微生物的生长有强烈的用，处理后，残留的抗生素不能被完全降解，对环境造成一定污染。能被完全降解，对环境造成一定污染。另外工业或家庭用清洁卫生洗涤剂、肥皂、洗澡液、另外工业或家庭用清洁卫生洗涤剂、肥皂、洗澡液、清洁剂等中加入了一定量的抗生素，使得清洁剂等中加入了一定量的抗生素，使得工业抗生素污工业抗生素污染的范围染的范围进一步进一步扩大扩大。二、环境中抗生素污染二、环境中抗生素污染11（一）土壤介质抗生素毒性（一）土壤介质抗生素毒性 1、土壤中的抗生素对环境的影响主要涉及二、土壤中的抗生素对环境的影响主要涉及二个方面个方面:1）积累在土壤中的抗生素的转移、扩散、降）积累在土壤中的抗生素的转移、扩散、降 解及对解及对 水环境和动植物水环境和动植物的影响的影响;2）对土壤）对土壤生态系统生态系统的影响。的影响。三、不同介质抗生素毒性三、不同介质抗生素毒性12（一）土壤介质抗生素毒性（一）土壤介质抗生素毒性 2、对、对土壤微生物土壤微生物生态毒性表现在生态毒性表现在:通过影响环境中各种通过影响环境中各种微生物的种群数量微生物的种群数量及其及其他他生物生物如水生生物、植物、动物的种群结构如水生生物、植物、动物的种群结构和营养转移方式，破坏环境中固有的以和营养转移方式，破坏环境中固有的以食物食物链链为联系的生态系统的平衡。为联系的生态系统的平衡。在环境中诱发大量在环境中诱发大量耐药菌耐药菌的产生，并大量繁的产生，并大量繁殖和传播，最终影响人类健康。殖和传播，最终影响人类健康。13抗生素多为抗微生物药物，能直抗生素多为抗微生物药物，能直接杀死接杀死环境中某环境中某些微生物或抑制其生长，影响环境中些微生物或抑制其生长，影响环境中微生物群落微生物群落的组成，并通过影响土壤中的组成，并通过影响土壤中有机质的腐烂有机质的腐烂和和分解分解而影响土壤肥力。而影响土壤肥力。抗生素还可通过影响抗生素还可通过影响环境微生物的种类和数量环境微生物的种类和数量，而降低土壤微生物对农药、重金属等其他污染物而降低土壤微生物对农药、重金属等其他污染物的固定或降解能力。的固定或降解能力。（一）土壤介质抗生素毒性（一）土壤介质抗生素毒性142、对、对植物植物生态毒性表现生态毒性表现:与大多数污染物相似，与大多数污染物相似，低浓度低浓度兽药抗生素兽药抗生素可可促进促进植物生长，植物生长，高浓度高浓度的的抑制抑制植物生长，不植物生长，不同土壤或生长基质上，兽药对不同植物的影响同土壤或生长基质上，兽药对不同植物的影响差异非常大。差异非常大。抗生素对植物生长发育的影响与其化学性抗生素对植物生长发育的影响与其化学性质、使用剂量、与土壤吸附能力及植物的品种质、使用剂量、与土壤吸附能力及植物的品种有关。有关。（一）土壤介质抗生素毒性（一）土壤介质抗生素毒性15例如研究发现：例如研究发现：四环素四环素对猩猩木的液体培养物产生毒害。对猩猩木的液体培养物产生毒害。磺胺地索辛磺胺地索辛能明显抑制车前草、玉米等作物的生长，能明显抑制车前草、玉米等作物的生长，并在植物的根部和树叶富集。并在植物的根部和树叶富集。土霉素和氯四环素土霉素和氯四环素减少杂色豆植株的生节、鲜重，并减少杂色豆植株的生节、鲜重，并影响其对钙、钾和镁的吸收。影响其对钙、钾和镁的吸收。对不同植物的实验室和田间研究表明，对不同植物的实验室和田间研究表明，兽药抗生素兽药抗生素对对植物出芽后的正常发育及根系、胚轴和叶子的生长造植物出芽后的正常发育及根系、胚轴和叶子的生长造成影响。成影响。（一）土壤介质抗生素毒性（一）土壤介质抗生素毒性16 除具有土壤介质中毒性外，水环境抗生素除具有土壤介质中毒性外，水环境抗生素的存在还会影响的存在还会影响1、水体微生物水体微生物的组成和活性，从而改变微生的组成和活性，从而改变微生物区系的生态结构。物区系的生态结构。2、池塘底泥池塘底泥中的抗生素的聚积导致底泥微生中的抗生素的聚积导致底泥微生物活性的下降或抑制，这将导致一个相对物活性的下降或抑制，这将导致一个相对厌氧厌氧的环境的环境，底泥中的有机物的降解与氧气的浓度，底泥中的有机物的降解与氧气的浓度有着密切的联系，厌氧有着密切的联系，厌氧（二）水环境介质抗生素毒性（二）水环境介质抗生素毒性17降解会导致比有氧降解产生出毒性更大的降解会导致比有氧降解产生出毒性更大的副产物副产物如硫化物和氨气如硫化物和氨气。导致底泥有机物的降解率的下。导致底泥有机物的降解率的下降。降。3、水产养殖中使用的抗生素可对、水产养殖中使用的抗生素可对水生生物和昆虫水生生物和昆虫的生长产生强大的抑制或杀灭作用。另外，抗生的生长产生强大的抑制或杀灭作用。另外，抗生素还可随动物的粪尿和城市污水施入农田，对农素还可随动物的粪尿和城市污水施入农田，对农田造成污染。田造成污染。（二）水环境介质抗生素毒性（二）水环境介质抗生素毒性184、抗生素可诱导菌体内产生、抗生素可诱导菌体内产生耐药基因耐药基因，又由，又由于耐药基因的易于耐药基因的易传播性传播性，将极易产生高度耐药，将极易产生高度耐药的多重耐药菌，使环境变成一个极大的的多重耐药菌，使环境变成一个极大的耐药基耐药基因库因库。如果耐药基因从非致病菌转入致病菌，。如果耐药基因从非致病菌转入致病菌，则可对人类造成相当大的危害。则可对人类造成相当大的危害。（二）水环境介质抗生素毒性（二）水环境介质抗生素毒性19四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展 国国内内外外大大部部分分环环境境污污染染物物的的毒毒理理效效应应研研究究都都还还处处在在个个体体水水平平,利利用用急急性性毒毒性性试试验验的的生生物物检检测测指指标标判判断断污污染染物物的的毒毒性性效效应应。急急性性毒毒性性实实验验更更适适用用于于高高污污染染介介质质的的毒毒性性评评价价,而而对对于于低低水水平平的的环环境境污污染染的的评评价价则则显显得得无能为力无能为力。例例如如,一一些些致致畸畸作作用用的的发发生生就就没没有有临临界界值值,在在远远低低于于可可测测生生态态效效应应产产生生的的剂剂量量条条件件下下,就就可可能能出出现现不不可可接接受受的的风风险险。因因此此,建建立立更更为为精精确确和和敏敏感感的的生生态态毒毒理理指指标标和和方方法法,进进行行环环境境亚亚致致死死含含量量抗抗生生素素的的生生态态毒毒性性效应及危害的诊断十分必要。效应及危害的诊断十分必要。20生物标记物生物标记物 指指通通过过测测定定体体液液、组组织织或或整整个个生生物物体体,来来表表征征对对一一种种或或多多种种化化学学污污染染物物的的暴暴露露和和其其生生化化、细细胞胞、生生理理、行行为以及能量上的效应变化。为以及能量上的效应变化。优优点点是是可可以以灵灵敏敏地地检检测测到到环环境境中中低低剂剂量量的的潜潜在在污污染染物物。其其能能够够在在不不同同水水平平上上指指示示暴暴露露-效效应应关关系系,并并可可通通过过多多项项反反应应指指标标提提供供有有关关生生态态毒毒性性的的综综合合信信息息,可可用用作作污染的污染的早期预警早期预警。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展21分子标记物分子标记物 把把可可遗遗传传的的并并可可检检测测的的蛋蛋白白质质和和核核酸酸水水平平的的标标记记物物称称为为分分子子标标记记物物。分分子子标标记记物物具具有有生生物物标标志志物物的的一一般般特特征征,但但是是更更加加敏敏感感,可可探探讨讨并并预预测测更更低低剂剂量量环环境境污污染染物物对对机机体体的的长长期期影影响响及及可可能能的的潜潜在在危危害害,从从而而防防止止慢慢性性毒毒作作用的发生。用的发生。研究从以下几个方面展开：研究从以下几个方面展开：四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展221、机体生理生化水平、机体生理生化水平 生物机体的生化过程酶起着重要的作用。污染物生物机体的生化过程酶起着重要的作用。污染物进入机体后进入机体后,一方面一方面在酶的催化作用下进行在酶的催化作用下进行代谢转化代谢转化,另一方面另一方面也也导致酶活性改变导致酶活性改变。许多污染物的毒作用就。许多污染物的毒作用就是与酶分子相互作用是与酶分子相互作用,影响其表达量和活性影响其表达量和活性,引发体内引发体内一系列生化变化一系列生化变化,从而引起毒性效应。从而引起毒性效应。例如例如,细胞色素细胞色素P450酶系、生物转化酶如谷胱甘酶系、生物转化酶如谷胱甘肽硫转移酶肽硫转移酶(GST)、小分子抗氧化防御系统等各种、小分子抗氧化防御系统等各种酶酶活性的变化活性的变化,都对污染物的都对污染物的毒理过程发挥重要作用毒理过程发挥重要作用,因因此此,可以将这些生物分子的响应作为污染物暴露的生物可以将这些生物分子的响应作为污染物暴露的生物标志物。标志物。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展232、机体细胞基因表达产物水平、机体细胞基因表达产物水平 基因表达产物水平包括酶和一些蛋白质基因表达产物水平包括酶和一些蛋白质,除了上述的几种代表性酶除了上述的几种代表性酶,目前目前蛋白质分子标蛋白质分子标记物记物的研究热点主要有的研究热点主要有热休克蛋白和金属硫热休克蛋白和金属硫蛋白蛋白等。等。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展243、机体细胞基因表达水平、机体细胞基因表达水平 信使信使RNA(mRNA)是携带遗传信息是携带遗传信息,在蛋白质在蛋白质合成时充当模板的合成时充当模板的RNA,是从脱氧核糖核酸是从脱氧核糖核酸(DNA)转录合成的一类单链核糖核酸。它在核糖体上作为转录合成的一类单链核糖核酸。它在核糖体上作为蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板,决定决定肽链的氨基酸排列顺序肽链的氨基酸排列顺序,是是转录过程的重要载体。转录过程的重要载体。基因表达水平基因表达水平的分子标记物是指转录过程中的分子标记物是指转录过程中mRNA的表达变化的表达变化(表达的诱导或抑制以及上调或下表达的诱导或抑制以及上调或下调调)。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展254、机体细胞基因水平、机体细胞基因水平 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)是生物体内重要的大分子是生物体内重要的大分子和遗传物质。在正常条件下和遗传物质。在正常条件下,生物细胞内的基因组是生物细胞内的基因组是稳定的。在细胞核内稳定的。在细胞核内,DNA 分子保持着一种稳态的分子保持着一种稳态的动态平衡。动态平衡。DNA在细胞分裂过程中通过复制在细胞分裂过程中通过复制,把所有把所有的遗传物质传递给子代的遗传物质传递给子代,这对这对确保生物的正常新陈代确保生物的正常新陈代谢和繁殖谢和繁殖非常重要。非常重要。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展26 由由于于DNA 结结构构特特点点及及半半保保留留复复制制特特性性,在在环环境境污污染染条条件件下下可可直直接接或或间间接接地地导导致致生生物物细细胞胞内内的的DNA 分分子子损损伤伤。DNA分分子子的的异异常常变变化化会会导导致致严严重重的的遗遗传传效效应应,一一旦旦损损伤伤发发生生,修修复复能能力力即即被被诱诱导导,各各种种修修复复酶酶增增加加并并被被活活化化;如如果果损损伤伤不不能能被被修修复复,则则产产生生DNA结结构构和和功功能损伤能损伤,导致细胞死亡或突变。导致细胞死亡或突变。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展27 也也有有污污染染物物通通过过体体内内的的酶酶活活化化作作用用产产生生高高亲亲电电性性的的中中间间产产物物,与与高高电电子子密密度度的的脂脂类类、蛋蛋白白、RNA 或或DNA 的的亲亲核核中中心心反反应应,形形成成加加合合物物。污污染染物物及及其其活活性性代代谢谢产产物物与与DNA 作作用用形形成成DNA 加加合合物物是是产产生生DNA 损损伤伤的的最最早早期期作作用。用。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展28 DNA加加合合物物为为诊诊断断、分分析析为为污污染染物物的的暴暴露露提提供供了了有有效效的的信信息息。一一些些数数据据可可提提供供化化学学物物代代谢谢及及加加合合物修复方面的信息。物修复方面的信息。抗抗生生素素类类污污染染物物能能干干扰扰DNA的的复复制制、修修复复等等正正常活动常活动,可能会可能会导致遗传变化导致遗传变化，如，如DNA甲基化。甲基化。许许多多事事实实证证明明，DNA甲甲基基化化是是遗遗传传学学变变化化的的指指示示器器,其其可可能能是是引引起起体体细细胞胞突突变变的的基基本本作作用用。基基于于这这一一点点,它它很很可可能能会会引引起起从从单单一一点点突突变变到到染染色色体体断断裂裂或或多多倍体这样的染多倍体这样的染色体组突变。倍体这样的染多倍体这样的染色体组突变。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展29 DNA 链链断断裂裂也也属属DNA 损损伤伤。很很多多物物质质能能够够引引起起DNA 链链直直接接断断裂裂,比比如如污污染染物物代代谢谢生生成成的的自自由由基基和和去去碱碱基基位位点点,能能够够引引起起DNA 分分子子内内磷磷酸酸二二酯酯键键的的断断裂裂。当当动动物物细细胞胞遭遭受受持持续续的的氧氧化化应应激激、脱脱嘌嘌呤呤作作用用和和内内源源亲亲电电子子受受体体如如环环氧氧乙乙烷烷的的作作用用,就就会会产产生生DNA 损伤。损伤。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展30 DNA 链断裂的经典研究方法链断裂的经典研究方法 主要有主要有单细胞微凝胶电泳技术、微核测定法单细胞微凝胶电泳技术、微核测定法等。等。随着分子生物学技术的飞速发展随着分子生物学技术的飞速发展,出现了一系列以聚出现了一系列以聚合酶链式反应为基础的、在分子水平上检测污染物质合酶链式反应为基础的、在分子水平上检测污染物质导致生物体导致生物体DNA 损伤的损伤的DNA 指纹技术，如功指纹技术，如功能基因能基因组学、转录组、蛋白质组学和代谢组学组学、转录组、蛋白质组学和代谢组学等等,这些技术这些技术与检测基因突变、染色体畸变和损伤为主的经典研究与检测基因突变、染色体畸变和损伤为主的经典研究方法如彗星分析、微核实验等相比，简便、快速、灵方法如彗星分析、微核实验等相比，简便、快速、灵敏。敏。四、抗生素的分子生态毒理研究进展四、抗生素的分子生态毒理研究进展31五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术样品的检测技术样品的检测技术主要有主要有微生物法、微生物法、薄层色谱法薄层色谱法(TLC)、高效液相色谱法高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱质谱联用法液相色谱质谱联用法(HPLC/MS)酶联免疫法酶联免疫法(ELISA)毛细管电泳毛细管电泳(CE)321、微生物法、微生物法 微生物检测法是抗生素残留检测的传统方法，在过微生物检测法是抗生素残留检测的传统方法，在过去大部分时间内在抗生素的检测中占主导地位。去大部分时间内在抗生素的检测中占主导地位。微生物检测方法的微生物检测方法的主要原理主要原理是根据抗微生物药对特是根据抗微生物药对特异微生物的抑制作用来对环境中残留的抗微生物药进行异微生物的抑制作用来对环境中残留的抗微生物药进行定性或定量的检测。定性或定量的检测。微生物法具有前处理简单、经济、批量大等微生物法具有前处理简单、经济、批量大等优点优点，但灵但灵敏度较低、耗时较长、操作较复杂，易受到其他抗敏度较低、耗时较长、操作较复杂，易受到其他抗生素的干扰生素的干扰，缺乏专一性和精确度缺乏专一性和精确度，此方法并不常用，此方法并不常用五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术332 2、薄层色谱法、薄层色谱法 薄层色谱法是薄层色谱法是Kirchner Kirchner 等在等在20 20 世纪世纪50 50 年代从经年代从经典柱色谱法及纸色谱法基础上发展起来的一种色谱技典柱色谱法及纸色谱法基础上发展起来的一种色谱技术。术。按涂布薄层固定相的性质可分为按涂布薄层固定相的性质可分为吸附薄层色谱、吸附薄层色谱、表面分配薄层色谱、离子交换薄层色谱表面分配薄层色谱、离子交换薄层色谱和和薄层电泳薄层电泳。薄层色谱法常作为样品筛选方法，不需要特殊设薄层色谱法常作为样品筛选方法，不需要特殊设备，方法备，方法简单、快速、直观简单、快速、直观，有利于现场应用。但其，有利于现场应用。但其前处理复杂、灵敏度低、重复性差前处理复杂、灵敏度低、重复性差。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术34 3、液相色谱法、液相色谱法 高效液相色谱高效液相色谱HPLC是目前广泛应用的一种理化检是目前广泛应用的一种理化检测方法，它引入了气相色谱理论，在测方法，它引入了气相色谱理论，在技术上技术上采用了采用了高压高压泵泵，高效固定相和高灵敏度检测器高效固定相和高灵敏度检测器，实现了分离速度快，实现了分离速度快、效率高和操作自动化。、效率高和操作自动化。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术35 几乎几乎所有所有的化合物包括的化合物包括高极性高极性/离子型待测离子型待测物和大分子物质物和大分子物质，均可用，均可用HPLC进行测定。进行测定。HPLC的分离机制与常规柱色谱相同，但填料的分离机制与常规柱色谱相同，但填料更加精细，需高压泵推动，柱效高更加精细，需高压泵推动，柱效高(105塔板塔板/m)、速度快、灵敏度与、速度快、灵敏度与GC相近。最常用的检相近。最常用的检测方式为浓度型的紫外检测器和荧光检测器。测方式为浓度型的紫外检测器和荧光检测器。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术364、液相质谱联用技术、液相质谱联用技术 液相色谱液相色谱-质谱联用技术兼具质谱联用技术兼具HPLC 的强分离能的强分离能力，同时又具有力，同时又具有MS 的的高灵敏度和极强的定性鉴定高灵敏度和极强的定性鉴定能能力，是目前检测复杂基体组织中力，是目前检测复杂基体组织中痕量抗生素发展最痕量抗生素发展最迅速的分析手段之一迅速的分析手段之一。HPLC-MS 的接口部件为电的接口部件为电喷雾离子源，正电荷模式，产生的主要质谱离子峰喷雾离子源，正电荷模式，产生的主要质谱离子峰为（为（M+H）+或（或（M+Na）+，可用此峰进行定量分析，可用此峰进行定量分析，以其他碎片峰定性确定残留物的结构。，以其他碎片峰定性确定残留物的结构。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术37 另外在液相色谱另外在液相色谱-质谱联用技术已经发展质谱联用技术已经发展高效液相色谱串联质谱法高效液相色谱串联质谱法，国内外利用此技，国内外利用此技术同时检测土壤中氟喹诺酮类、四环素类和磺术同时检测土壤中氟喹诺酮类、四环素类和磺胺类胺类18种抗生素。土样经种抗生素。土样经SAX-HLB 串联小柱串联小柱净化集，在净化集，在HPLC/MS/MS 多反应监测模式下多反应监测模式下进行定性及定量分析。进行定性及定量分析。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术385、酶联免疫法、酶联免疫法 酶联免疫法是酶联免疫法是20 世纪世纪70 年代发展起来的年代发展起来的一项新的免疫学技术，它将酶促反应的高效率一项新的免疫学技术，它将酶促反应的高效率和免疫反应的高效专一性有机地结合起来，可和免疫反应的高效专一性有机地结合起来，可对各种微量有机物进行测定，具有对各种微量有机物进行测定，具有灵敏度高、灵敏度高、特异性强、方便快速、对仪器设备要求不高特异性强、方便快速、对仪器设备要求不高的的优点。优点。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术396、毛细管电泳法毛细管电泳法 毛细管电泳是毛细管电泳是20 世纪世纪80 年代中后期迅速年代中后期迅速发展起来的一类以发展起来的一类以毛细管为分离通道毛细管为分离通道，以，以高压高压直流电场为驱动力直流电场为驱动力的新型的新型液相分离分析技术液相分离分析技术。毛细管电泳具有高效、快速等优点。毛细管电泳具有高效、快速等优点。五、环境中抗生素的检测技术五、环境中抗生素的检测技术40六、水中微量抗生素的去除六、水中微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除 离子交换离子交换/消毒消毒 生物处理生物处理 砂滤砂滤（二）微量抗生素的深度处理（二）微量抗生素的深度处理 活性炭吸附活性炭吸附 膜过滤及膜生物反应器膜过滤及膜生物反应器 化学氧化及高级氧化技术化学氧化及高级氧化技术411 1、离子交换离子交换/消毒消毒 ClO2 和和Cl2除了杀灭细菌外除了杀灭细菌外,自身的强氧化性也自身的强氧化性也可以去除水中的残留抗生素。可以去除水中的残留抗生素。采用采用Cl2 处理处理40 min,能够去除河水中能够去除河水中90%的的 甲甲氧苄氨嘧啶和磺胺类氧苄氨嘧啶和磺胺类抗生素抗生素。ClO2 可以去除与它有可以去除与它有较高反应活性的较高反应活性的磺胺类和大环内酯类磺胺类和大环内酯类抗生素抗生素,且处理且处理效果及反应速率比效果及反应速率比Cl2 好。好。（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除42 但是但是,这些消毒过程中的这些消毒过程中的氯氧化反应氯氧化反应会产生会产生毒性毒性很强的亚氯酸盐副产物很强的亚氯酸盐副产物,根据根据USEPA规定的水体中亚规定的水体中亚氯酸盐含量氯酸盐含量 1.0 mg/L的安全标准进行换算的安全标准进行换算,ClO2 的安全使用剂量的安全使用剂量 1.4 mg/L。这种安全浓度的限制。这种安全浓度的限制使得使得ClO2 在实际应用中无法发挥出色的处理效果。在实际应用中无法发挥出色的处理效果。通常的水处理条件下通常的水处理条件下,上述处理方法对抗生素的去除上述处理方法对抗生素的去除效率不理想。要充分发挥作用效率不理想。要充分发挥作用,需要对水体进行需要对水体进行pH 调节等预处理调节等预处理,或建立在副产物的毒性或建立在副产物的毒性研究之上。因研究之上。因此此,它们多作为预处理或后处理工序它们多作为预处理或后处理工序,一般不单独使一般不单独使用用。（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除432、生物处理、生物处理 生生物物处处理理法法是是去去除除有有机机污污染染物物最最常常用用的的方方法法,包包括括好氧、厌氧、厌氧好氧、厌氧、厌氧/好氧好氧组合处理等方法。组合处理等方法。在在好好氧氧生生物物处处理理中中,活活性性污污泥泥法法是是比比较较成成熟熟的的技技术术之之一一。有有研研究究报报道道,传传统统活活性性污污泥泥法法(CAS)对对污污水水中中ng/L水水平平的的微微量量氟氟喹喹诺诺酮酮类类抗抗生生素素的的去去除除率率为为88%91%,对对磺磺胺胺类类的的去去除除率率为为67%94%,对对大大环环内内酯酯类类的的去去除除率率为为30%61%,但但是是对对甲甲氧氧苄苄氨氨嘧嘧啶啶的的去去除除率仅为率仅为2%32%。（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除44 厌厌氧氧生生物物处处理理在在污污水水抗抗生生素素处处理理上上也也有有一一定定优优势。势。两两相相厌厌氧氧污污泥泥法法可可以以去去除除污污水水中中95%100%的的残残留留磺磺胺胺甲甲恶恶唑唑和和罗罗红红霉霉素素，且且处处理理效效果果不不受受温温度度等的影响。等的影响。好好氧氧生生物物处处理理负负荷荷低低,厌厌氧氧处处理理出出水水水水质质较较差差,通通过过好好氧氧、厌厌氧氧、物物化化法法的的结结合合可可以以解解决决这这些些问问题题,提高整体处理效果。提高整体处理效果。（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除453、砂滤、砂滤 砂砂滤滤介介质质上上生生成成的的生生物物膜膜对对抗抗生生素素具具有有一定的降解效果。一定的降解效果。（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除（一）常规处理工艺对微量抗生素的去除461、活性炭吸附、活性炭吸附 活性炭具有很高的活性炭具有很高的物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附功能功能,广广泛应用在污水处理中泛应用在污水处理中,其中包括颗粒活性炭其中包括颗粒活性炭(GAC)和粉末活性炭和粉末活性炭(PAC)。GAC 过滤和过滤和PAC吸附吸附对微对微量抗生素都有很好的去除作用，量抗生素都有很好的去除作用，通常活性炭颗粒越通常活性炭颗粒越小、用量越多、接触时间越长、水中有机物越少则小、用量越多、接触时间越长、水中有机物越少则去除效果越好。去除效果越好。（二）微量抗生素的深度处理（二）微量抗生素的深度处理472、膜过滤及膜生物反应器、膜过滤及膜生物反应器 基于分子筛机制的膜过滤技术基于分子筛机制的膜过滤技术对对大分子抗生素大分子抗生素的的去除去除效果最好效果最好,而而小分子小分子抗生素需要较小的膜孔径抗生素需要较小的膜孔径,容容易造成易造成膜通量的下降和堵塞膜通量的下降和堵塞,耗能较高耗能较高,这是需要解决这是需要解决的问题。因此的问题。因此,在选择膜的类型时在选择膜的类型时,需要综合考虑膜、需要综合考虑膜、污染物和废水性质等因素。污染物和废水性质等因素。目前影响目前影响膜处理膜处理的主要因素是的主要因素是膜垢膜垢,此外此外Ca2+、Mg2+等离子对膜处理效果和寿命也有一定影响。等离子对膜处理效果和寿命也有一定影响。（二）微量抗生素的深度处理（二）微量抗生素的深度处理483、化学氧化及高级氧化技术、化学氧化及高级氧化技术 高级氧化技术高级氧化技术(AOPs)通过通过化学氧化剂化学氧化剂(O3、H2O2过渡态金属等过渡态金属等)和和辅助能量辅助能量(紫外线、电流、紫外线、电流、射线等射线等)结合结合,形成大量形成大量自由基氧化分解有机污染物自由基氧化分解有机污染物，由于自，由于自由基的活性强、选择性小由基的活性强、选择性小,因此因此AOPs的处理范围和效的处理范围和效果比单独的化学氧化技术好。果比单独的化学氧化技术好。在抗生素处理中经常采用的在抗生素处理中经常采用的AOPs有有O3/H2O2、O3/UV、H2O2/UV、光化学氧、光化学氧 化化(TiO2/h)等。等。（二）微量抗生素的深度处理（二）微量抗生素的深度处理49 电化学氧化电化学氧化相关技术是相关技术是AOPs研究领域的研究领域的一个热点，难生物降解一个热点，难生物降解有机物有机物在电极上可以在电极上可以直接降解或与直接降解或与 OH 自由基间接发生反应自由基间接发生反应，相，相比于化学氧化比于化学氧化,该技术反应条件易于控制该技术反应条件易于控制,无无需氧化剂需氧化剂,出水无需额外处理。出水无需额外处理。（二）微量抗生素的深度处理（二）微量抗生素的深度处理501、需要加强研究的科学问题、需要加强研究的科学问题 1990 年年欧欧盟盟各各国国已已经经开开始始了了对对环环境境中中抗抗生生素素的的风风险险评评估估研研究究,并并对对人人用用抗抗生生素素和和兽兽用用抗抗生生素素做做了了严严格格的的限限定定。美美国国于于2001年年也也开开始始了了水水体体中中抗抗生生素素残残留的大范围调查和研究。留的大范围调查和研究。我我国国人人口口众众多多且且高高度度密密集集,污污水水处处理理系系统统很很不不完完善善,在某些地区生活污水未经处理直接排入环境中在某些地区生活污水未经处理直接排入环境中七、问题与建议七、问题与建议51目前目前,需要加强研究的几个科学问题大致如下需要加强研究的几个科学问题大致如下:1)我我国国环环境境中中抗抗生生素素的的来来源源及及其其区区域域分分布布特特征征对对我我国国地地表表水水、地地下下水水和和土土壤壤等等进进行行调调查查采采样样分分析析，建建立立我我国国环环境境中中抗抗生生素素的的污污染染水水平平、主主要要污污染染区区域域及及主主要要抗抗生生素素种种类类数数据据库库；明明确确环环境境中中抗抗生生素素的的来来源源及其区域时空分布特征。及其区域时空分布特征。七、问题与建议七、问题与建议522)抗生素在不同环境介质中的迁移转化规律研究抗生素在不同环境介质中的迁移转化规律研究 抗生素在土壤多组分、多相介质中的分配、降抗生素在土壤多组分、多相介质中的分配、降解、转化规律以及抗生素在水环境中的迁移转化过解、转化规律以及抗生素在水环境中的迁移转化过程及机制程及机制,建立复杂组分环境样品中的低浓度抗生建立复杂组分环境样品中的低浓度抗生素及其代谢产物的分析方法素及其代谢产物的分析方法;尽快建立土壤和水体尽快建立土壤和水体中抗生素残留监测标准方法体系中抗生素残留监测标准方法体系,建立环境中抗生建立环境中抗生素药物残留浓度及残留时间的预测模型。素药物残留浓度及残留时间的预测模型。七、问题与建议七、问题与建议533)建立抗生素生态健康风险评估体系建立抗生素生态健康风险评估体系建立抗生素的环境生态风险评估体系建立抗生素的环境生态风险评估体系,加强抗生素单加强抗生素单一及复合污染的生态毒性作用与机制的研究；一及复合污染的生态毒性作用与机制的研究；传统传统的饮用水和废水处理厂没有专门针对抗生素的处理工的饮用水和废水处理厂没有专门针对抗生素的处理工艺，现有的处理工艺并不能完全去除抗生素，因此艺，现有的处理工艺并不能完全去除抗生素，因此,在未来的水处理中应改进现有的工艺，以提高抗生素在未来的水处理中应改进现有的工艺，以提高抗生素的去除效率；抗生素在环境中的质量浓度非常低的去除效率；抗生素在环境中的质量浓度非常低,所所以必须改进现有的检测分析技术以便可以检测到更多以必须改进现有的检测分析技术以便可以检测到更多七、问题与建议七、问题与建议54种类的抗生素；种类的抗生素；运用分子生物标志物的有效手运用分子生物标志物的有效手段对环境中痕量存在的抗生素进行早期预警和段对环境中痕量存在的抗生素进行早期预警和生态风险评价生态风险评价,加强多指标指示环境中抗生素加强多指标指示环境中抗生素污染的分子水平的生物标志物筛选。污染的分子水平的生物标志物筛选。4)抗生素对生态安全及生物多样性的影响抗生素对生态安全及生物多样性的影响机制建立抗生素对生物种群、群落结构和功能机制建立抗生素对生物种群、群落结构和功能以及生物多样性的影响及生态安全评价体系。以及生