动物医学进展。2011,32(8):104—107 Progress in Veterinary Medicine 兽药残留对环境的影响 张志美 。,郭时金h。,张 颖 ,徐侍倩 。,王艳萍 。,沈志强k。 (1.山东省滨州畜牧兽医研究院,山东滨州256600 ̄2.山东绿都安特动物药业有限公司。山东滨州256600) 摘要:随着规模化养殖业的发展,由于使用兽药来防治各种畜禽疾病,而导致大量兽药随动物粪尿排 出体外,对生态环境造成影响,兽药在环境中的残留及其生态风险已成为国际上的研究热点。药物随畜禽排 泄物进入环境后会在土壤、水体中蓄积并发生各种反应,部分药物会对动物、植物及微生物产生一定的危害 作用。论文就兽药在环境中的残留现状、兽药残留对生态环境的影响、兽药在环境中的转归进行了综述,为 兽药的环境风险评估提供参考。 关键词:兽药;残留;环境;影响 中图分类号:¥859.84 文献标识码:A 文章编号:1007—5038(2O11)O8・0104—04 随着集约化养殖业的发展,兽药和饲料添加剂 的使用量也日益增加。动物用药后,药物以原形或 代谢物的形式随粪、尿等排泄物进入外界环境,造成 还检测到了四环素的残留,其最大浓度达到了 32.3 mg/kg。调查显示,广东各市蔬菜基地土壤中 喹诺酮类药物的含量分别为,广州市48.85/ ̄g/kg, 东莞市50.23/ ̄g/kg,佛山市17.99 ̄g/kg,中山市 环境土壤、水体、大气、植物、动物及微生物等的兽药 蓄积或残留,对环境造成一定的危害作用。另外,低 剂量的抗菌药物长期排人环境中,会造成敏感菌耐 药性的增加,从而干扰生态平衡,危害人类。许多国 家规定新兽药的开发和使用必须通过权威部门的生 境影响的研究,对于认识兽药残留的规律和作用机 制,降低和减少其对环境的负效应具有重要的意义。 91.1 ̄g/kg[7]。环丙氨嗪是一种抗蝇蛆杀虫剂,其 使用原理是通过动物消化道将这种既不溶于水也几 乎不被动物吸收的化合物排泄到畜禽排泄物中起到 杀灭蝇蛆的作用,动物摄入的环丙氨嗪约99 以原 尿排泄 .。 态风险评价[¨。因此,开展兽药残留及其对生态环 药及很少一部分代谢物三聚氰胺的形式通过动物粪 水产养殖是水体中药物残留的最主要原因。水 产养殖业中,药物作为饲料添加剂被直接投加到水 1兽药在环境中的残留现状 兽药进入动物体后,可以被动物体主动或被动 吸收,从而分布到全身。但大部分药物不能被机体 完全吸收,而有高达85 以上的药物以原形或代谢 中,其中7O 9/6左右的药物不是被鱼类食用,而是进 入环境。另外,残留于土壤中的药物随着雨水的浇 淋作用和农田灌溉作用也可以进入水体。由于土霉 物的形式经由畜禽粪尿排出体外,通过不同途径对 土壤和水体造成污染[2]。研究表明,环境中残留的 素对人类的毒副作用,从20世纪9O年代开始,许多 人对其在水体沉积物的残留进行了检测,其中最高 达到了285 mg/kg沉积物。还有一些调查也显示了 药物种类很多,其中非甾体类抗炎药物和抗生素所 占比重较大,分别达到16 和15 [3]。据报道,在 丹麦的自然环境中检测到68种药物的残留,美国有 139条河流中存在抗生素类药物,意大利污染最严 重的河流中土霉素含量可达4 mg/L,土耳其土壤中 鱼塘沉积物中兽药抗生素的存在,其中土霉素浓度 普遍在0。1 mg/kg ̄10 mg/kg底泥之间L9]。 2兽药残留对生态环境的影响 2.1对土壤生物的影响 氟喹诺酮类高达9 mg/kg~14 mg/kg ]。Ham— scher G等[6 在用动物排泄物施肥的土壤中,检测到 了金霉素的残留,其最大浓度为26.4 mg/kg;同时 研究表明,兽药污染的土壤中微生物群落结构 及生理生化指标不一定发生变化,但其抗性可能发 生显著变化口 。试验发现,安普霉素对土壤中的细 收稿日期:2010—12—28 作者简介:张志美(1979一),女,山东省烟台人,助理研究员,博士研究生,主要从事兽医药理学研究。 张志美等:兽药残留对环境的影响 105 菌生长有明显的抑制作用,对真菌也有不同程度的 急性毒性最强,对水环境有潜在的不良作用。Hal— 毒害作用[1¨。阿维菌素在浓度大于125 mg/kg条 ling-Scprensen B等L1。]发现与其原形药物比起来,喹 件下对土壤中微生物的种群数量以及土壤中细菌、 放线菌和真菌的生长速率有明显的抑制作用,另外, 磺胺类药物、四环素和恩诺沙星对土壤细菌也有明 显的抑制作用[1引。金霉素、四环素、泰乐菌素在土 乙醇的光降解产物对污泥中细菌的毒性作用要小。 此外,敌百虫、砷‘、重金属等化学物质对鱼的酶活性、 胚胎发育和免疫功能等都有一定的影响[1 。 2.3对其他生物的影响 壤中含量为300 mg/kg时抑制土壤呼吸作用,而甲 兽药进入环境后,除对上述土壤中和水环境中 的生物造成各种影响外,也会对环境中的其他生物 氧苄啶、磺胺甲嗯唑和磺胺二甲嘧啶对土壤呼吸具 有较强抑制作用[1引。 2.2对水生生物的影响 当前鱼药的给药方式主要是水中撒药,这样节 省人力物力,方便实用,但是却会造成更严重的水域 污染。同时随养殖业上产生的污水一起进入水体中 的兽药量的增加,势必造成水环境中耐药菌的数量 显著增加,这样,水环境就成为这些耐药基因的贮存 库和扩展媒介。 兽药对水生生物的毒性作用主要以其急性毒性 作用,即半数致死量(LDs。)来表示。实验动物主要 有鱼类(斑马鱼、鲤鱼)、蚤类(甲壳细水蚤)、藻类(斜 生栅列藻)等。斑马鱼是一种小型热带淡水鱼口 , 自2O世纪7O年代末期,国外开始用它作为化学物 急性毒性试验的对象,9O年代初开始被用于混合化 学物急、慢性毒性测试,以及重金属的生物累计效应 的研究。李兆利等[15]采用斑马鱼和鲤鱼作为生物 材料,通过斑马鱼急性毒性试验、胚胎发育试验和鲤 鱼肾细胞单细胞凝胶电泳试验,分别从不同水平对 喹乙醇、阿散酸和土霉素的水环境毒理学效应进行 了研究。急性毒性试验表明,3种兽药及饲料添加 剂在有生态学意义的浓度范围内对斑马鱼的急性毒 性作用很低;胚胎发育结果表明,喹乙醇和阿散酸对 斑马鱼胚胎发育72 h的EC5。值分别为221.2 mg/L 和239.54 mg/L,具有明显的致畸效应;单细胞凝胶 电泳试验结果表明,喹乙醇和土霉素均有一定的遗 传毒性,能引起鲤鱼肾细胞DNA的明显损伤,并呈 现出一定的剂量一效应关系。徐韵等[1 以斑马鱼 为考查对象对喹乙醇的毒性作用进行了考察并且得 出了与上述一致的结论。 对水蚤的应用始于1928年,美国科学家首先把 水蚤试验技术应用在药理毒理学研究上。在杆菌肽 药液中,甲壳细水蚤24h LC。o为126mg/L,48h LC 。 为30mg/L。Wollenberger L等[1 研究了畜禽常用 抗菌药甲硝哒唑、喹乙醇、萘啶酸、土霉素、链霉素、 磺胺嘧啶、四环素、泰妙霉素和泰乐菌素对甲壳细水 蚤的毒性作用,测定了上述药物对其的急性毒性浓 度和最大无作用浓度。发现萘啶酸对甲壳细水蚤的 产生影响,如蚊子幼虫、草场粪虫和各种植物等。对 放牧草场,家畜排出的粪便需要细菌微生物、蚯蚓和 各种昆虫的作用才能分解。但是若粪便中的药物残 留量超标,就会对这些生物产生毒副作用甚至将它 们杀死。Strong L等[2o]发现阿维菌素、伊维菌素和 美倍霉素在动物粪便中能保持8周的活性,对草原 中的多种昆虫表现出强大的抑制和杀灭作用。多拉 菌素使跳虫的存活率及繁殖力下降[ ¨。另外,环境 中的兽药还会各种植物产生不良影响。研究发现, 磺胺嘧啶钠和环丙沙星对小麦、白菜和番茄的根长 抑制率和芽长抑制率有显著影响[zz]。土霉素作用 45 d后,土壤中土霉素含量为125、250和500 ng/g 的3个组玉米的根长度、茎长度与对照组差异显著, 对叶片数量影响不显著[2引。 3兽药在环境中的转归 药物进入环境后,会在物理、化学和生物等环境 因素的作用下,发生多种形式的变化,如降解、与土 壤颗粒结合而发生沉积、母体或其代谢物永久存 在等。 3.1兽药在环境中的迁移 研究证实,兽药在环境中的迁移与药物本身的 官能团、极性、环境pH值及酸碱因素有关 ]。试验 发现,土壤对恩诺沙星的吸附性非常强,吸附量占水 相中恩诺沙星总量的99 以上,但不同来源的土壤 对恩诺沙星的吸附量不同,稻田土对其吸附性最强, 其次为菜园土和果园土,且三者之间差异显著;另 外,在不同土壤中的分配系数(Kd)也有较大差异, 在青紫泥田和黄泥砂田中Kd分别为5546和4696, 而在粉泥田和清水砂中较低,分别为3115和 748[。 。 3.2兽药在环境和生物体中的蓄积 环境中残留的兽药可以通过食物链在生物体内 富集,从而对人类造成一定的危害。不同药物在不 同生物体内的富集系数不同,即使在同一生物体,不 同器官的富集系数也有很大差别。通过对多个大型 猪场的调查显示,砷可在底泥和动植物体内蓄积,在 猪场水塘污水、塘水和塘泥中含量分别为0.55、 1O6 动物医学进展2011年第32卷第8期(总第218期) 0.07和37.15 mg/kg;凤眼莲茎和叶中分别为0.48 [2]刘吉强,诸葛玉平,杨 鹤,等.兽药抗生素的残留现状与环境 行为EJ].土壤通报,2008,39(5):1198—1203, [33 Lucia H M,Araujo A N,Fachini A,et a1.Ecotoxicologieal aspects related to the presence of pharmaceutical in the aquatic mg/kg和0.58 mg/kg;鱼肌肉、脑、脂肪、腮、内脏中 含量分别为0.21、0.79、0.59、0.59、1.94和3.65 mg/kg。另外,浮萍对洛克沙砷和阿散酸的静态富 environment[J].Journal of Hazardous Material,2010,175 (3):45—49. 集能力也有很大差别,富集系数分别为3 116.7和 690[ 。 [4]Watkinson A J,Murby E J,Kolpin D W,et a1.The occur— rence of antibiotics in an urban watershed;from wastewater to 3.3兽药在环境中的降解 进入环境后,兽药可在水、光及微生物的作用下 drinking water[J].Science of the Total Environment,2009, 发生一系列降解反应,有些降解过程会降低兽药的 药性和毒性,但有些兽药的代谢物有着药物本身的 毒性甚至毒性加强,且有可能在环境中转化回兽药 原形。在使用家禽粪肥的土壤中检测到四环素残 留,从而证明畜禽排出的抗生素代谢物(如葡糖苷酸 结合物)在液体粪肥中被微生物所降解,并重新转化 为活性药物。Gilbertson T J等[2 对兽药头孢噻呋 钠在环境中的转归进行了研究,将¨C标记的头孢噻 呋钠加进牛粪中,发现该药在土壤中很快降解成没 有活性的物质;如果将牛粪灭菌,药物就不会发生降 解,说明微生物或是热不稳定性物质在药物的降解 过程中起了关键性的作用。另外,他们还研究了头 孢噻呋钠在不同类型土壤中的降解情况,发现不同 土壤类型对药物的降解能力有很大的影响。在Cal- ifornia、Florida和Wisconsin土中的降解半衰期分 别为22.2、49.0和41.4 d。另外,环境温度对药物 降解具有重要影响,杆菌肽在2o℃时的降解半衰期 为22.5 d,在3O℃时为12 dt拈 ;金霉素在30℃条 件下经过30 d的降解,约44 9/6的药物残留在土壤 中,2O℃条件下同样的时间,约剩余88 的残留药 物,而在4℃条件下,几乎所有的金霉素均未发生降 解。 4展望 目前,兽药残留对生态环境的影响已受到广泛 关注,但已有的研究成果还不能彻底阐明环境中的 兽药残留对环境生态及人类健康影响的内在作用机 制,其实际的环境风险仍是未知的[2 。因此,应从 以下几个方面加强研究:(1)建立兽药在环境中的快 速常规检测方法,为深入研究打下坚实的基础;(2) 进一步研究在环境中的迁移、转化行为,为正确认识 兽药残留动态提供理论依据;(3)采用现代生物技 术,研究兽药及其代谢物与生物细胞内物质的相互 作用,探讨其作用机理,为防止其对生物的危害提供 依据。 参考文献: [1]黄邦富.普药残留的危害及原因分析[J].福建畜牧兽医,8008, 30(2):39—40. 407(8):2711—2723. [5]Akin K,Isil A B.Investigation of the tetracycline,sulfona— mide,and fluoroquinolone antimicrobial compounds in animal manure and agricultural soils in Turkey[J].Science of the To— tal Environment,2009,407(16):4652—4664. [6]Hamscher G,Sczesny S,Abu-Qare A,et a1.Substances with pharmacological effects including hormonally active substances in the environment:identification of tetracycline in soil fertil— ized with animal slurry[J].Deutsche Tierarztliche Wochens— chrift,2000,107(8):332—334. [7] 邰义萍.珠三角地区蔬菜基地土壤中典型抗生素污染特征研究 [D].暨南大学, 2010。 [8]王辉,董元华,安琼.环丙氨嗪的生物毒性与环境行为研究 进展口].农业工程学报,2008,24(1);246—249. [9]Coyne R,Hiney M,Conner B,et a1.Concentration and per— sistence of oxytet-racycline in sediments under a marine salm— on farm[J].Aquaculture,1994,123:31—42. [10]Aldnd L,Baath E,Greve G,et a1.Effects of sulfamethox- azole on soil microbial communities after adding substrate[J]. Soil Biology and Biochemistry,2009,41(4);840-848. [11]晓平,孙英健,孙振钧,等.安普霉素对不同土壤中微生物活 动的影响口].生态环境,2004,13(4);565-568. [12]Thiele B S,Beck I C.Effects of sulfonamide and tetracycline antibiotics on soil microbial activity and microbial biomass[J]. Chemosphere,2005,4(59):457—465. [13]Liu F,Ying G G.Effects of six selected antibiotics on plant growth and soil microbial and enzymatic activities[J].Envi— ronmental Pollution,2009,157(5):1636-1642. [143李洁斐,李卫华.斑马鱼及其在环境毒理学中的应用[刀.环境 与职业医学,2005,22(5):460-463. [15]李兆利,陈海刚,徐韵,等.3种兽药及饲料添加剂对鱼类的 毒理学效应[阳.生态与农村环境学报,2006,22(1);84—86. [16]徐韵,李兆利,陈海刚,等.兽药添加剂喹乙醇对水生生物的 毒理学研究[J].南京大学学报(自然科学),2004,40(6): 728-733. [17]Wollenberger L,Hailing—Sorensen B,Kusk K 0.Acute and chronic toxicity of veterinary antibiotics to daphnia magna 口].Chemosphere,2000,40(7);723—730. [18]Halling-S(prensen B,Sengel ̄0v G,Ingerslev L,et a1.Reduced antimicrobial potencies of 0xytetracycline,Tylosin,Sulfadia— zin,Streptomycin,Ciprofloxacin and Olaquindox due to envi— ronmental processes[J].Archives of Environmental Contami— nation and Toxicology,2003,44;7-16. [193王瑞龙,马广智,方展强.铜、镉、锌对唐鱼的急性毒性及安全 张志美等:兽药残留对环境的影响 浓度评价[刀.水产科学,2006,25(3):l17-120. E2o3 Strong L,Wall R,Woolford A,et a1.The effect of faecally excreted ivermectin and fenbendazoleon the insect colonization 107 进展口].中国兽医科学,2010,40(6):650—654. [25] 王丽平,章明奎,郑顺安.土壤中恩诺沙星的吸附一解吸特性和 生物学效应[J].土壤通报,2008,39(2):393—397. of cattle dung following the oral administration of sustained [26] 王付民,张璐,陈杖榴.浮萍生物富集洛克沙胂与阿散酸的 release boluses[J].Veterinary Parasitology,1996,62(3-4): 253—266. 动力学特性研究[J].中山大学学报(自然科学版),2007,46 (4):79—83. L,at a1.Toxicity of abamectin E21] Kolar L,Kozuh E,Hogerwerflbertson T J,Hornish R E,Jaglan P S,et a1.Environmental [271 Gifate of cefiiofur sodium,a cephalosporin antibiotic.Role of and doramectin to soil invertebrates[J].Environmental Poilu— tion,2008,151(1):182—189. animal excreta in its decomposition[J].Journal of Agricultur— al and Food Chemistry,1990,38:890—894. chin J,Katz S E.The persistence of faecal—borne antibi— [28] Gaval[223 金彩霞,陈秋颖,刘军军,等.两种常用兽药对作物发芽的生态 毒性效应IS].环境科学学报,2009,29(3);619-625. gSore L,Godeas F,Stefania P D F,et a1.Hormetic effects [23] Miof tetracyclines as environmental contaminant on zea mays otics in soil[J].Journal of AOEC International,1994,z (77):481—485. cole Kemper.Veterinary antibiotics in the aquatic and ter- [29] Ni[J].Environmental Pollution,2010,158(1):129—134. [243 马驿,孙永学,陈进军,等.兽药残留对生态环境影响的研究 restrial environment[J].Ecological Indicators,2008,8:1一l3. Advance in Ecological Environment Impact of Veterinary Drug Residues ZHANG Zhi—mei ”,GUO Shi-j in ,ZHANG Ying ,XU Qian—qian 一, WANG Yan-ping .SHEN Zhi—qiang ・。 (1.Shandong Binzhou Animal Science&Veterinary Medicine Institute,Binzhou,Shn打dD g,256600,Chi”n: 2.ShandongLvdu Ante Veterinary Drug Industry,Binzhou,Shandong,256600,China) Abstract:Thousands of tons of pharmaceutically active substances are used in veterinary medicines in inten— sive animal and poultry production,and most of the drugs are poorly absorbed by animals and excreted with the animal feces.The veterinary medicines can cause various kinds of harmful impacts to the environ— ment. Now the relevant research has been a hot research all over the worldWith the excreted to the envi— . ronment,the veterinary medicine can be accumulated in the soil and water and produce all sorts of reaction and some medicine can cause toxic effect to animals,plants and microorganismsThe artic1e summarized .the residue,the environmental impact,the transformation and the development direction of the veterinary medicine in the environment to supply frame of reference for further researchKey words:veterinary drugs;residue;environment;impact .