抗生素作為治療疾病和促進生長的有效藥物被廣泛用于醫藥、農業、畜牧業及水產養殖業中.抗生素的長期使用甚至是濫用導致大量抗生素被直接排放到環境中;由于不完全的代謝，有30%~90%的抗生素可以通過人體或動物排泄的方式間接進入環境中.抗生素在生活 廢水、沉積物、地下水、土壤、農業污水、市政污水甚至是飲用水中均有檢出.章強等報道我國地表水中含有濃度較高的68種抗生素.從整個中國地表水的污染情況來看，被檢測到含量最高的抗生素是氟喹諾酮類和磺胺類抗生素，養殖業廢水和城市污水則是抗生素的最高污染源頭.
氟喹諾酮類(Fluoroquinolones，FQs)抗生素作為一種全合成的廣譜抗菌藥，能有效抑制革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌，且因為易于口服的特性被廣泛用于醫院、家備藥品、獸用，占全球抗生素市場份額的17%，其中諾氟沙星(Norfloxacin，NOR)、環丙沙星(Ciprofloxacin，CIP)生產量最大，約占國內氟喹諾酮類抗生素總產量的98%.國內外一些水體環境中均已檢測到有FQs的存在，如：瑞士格里芬湖、北意大利波河、法國塞納河;珠江口、黃河、渤海、海河.
近年來，FQs被認為是環境中的新興污染物，成為了全球科研界最熱點的研究問題之一.我國FQs研究成果相對還較少，主要原因在于FQs有十余種，對其進行分離、鑒定及定量測試方法要求高且分析耗時，費用較高，整體研究難度偏大.
本文選擇對廣東省某一飲用水源地河流中FQs的含量進行探討.設置9個沉積物采樣點，同時向漁民現場購買活體魚樣，對沉積物和魚樣中3種FQs——NOR、CIP及恩諾沙星含量進行測定，以期了解FQs在水源地河流沉積物和魚樣中殘留的特征.另一方面，有研究認為對FQs的凈化起主要作用的是污泥的吸附作用;FQs有很強烈的吸附能力，能夠強烈吸附在顆粒物和沉積物中.因此，本文對沉積物的有機質含量、總氮、總磷也進行了測定，以探查FQs含量與河流沉積物性質的相關性及FQs可能的降解機制.本研究旨在初查水源保護區河流中抗生素的污染水平狀況科學數據、初析沉積物和魚體中FQs殘留的成因;本研究對建議水源保護區的管理措施、水域生態保護、降低生態環境風險及保障人類食品安全等方面均具有重要的科學實踐指導意義.
2 材料和方法
2.1 樣品采集
2014年10月于該飲用水源地河流一級和二級保護區內設置9個采樣點，編號為S1~S9，其中S3為支流、其余點位為干流.用彼得遜采泥器采集底泥樣200 g左右，購買5種魚樣：鰱魚、 鯉魚、鳙魚、鳊魚、鱘魚，體重為1~2 kg成體.樣品均24 h內帶回實驗室處理.取底泥、魚肉和魚內臟各200 g，置于-20 ℃冰箱保存.
2.2 主要試劑及儀器
標準物為CIP、ENR、NOR(色譜純，德國Dr. Ehrenstorfer生產).甲醇制取100 μg · mL-1的FQs標準儲備液和10 μg · mL-1的FQs混合標準儲備液，-20 ℃保存.乙腈、正己烷、甲醇、甲酸、三乙胺和磷酸均為色譜純，鹽酸、無水硫酸鈉、檸檬酸、乙二胺四乙酸二鈉、磷酸氫二鈉均為分析純.主要儀器有高效液相色譜儀(SPD-20A 紫外-可見檢測器)、氮吹儀(DC-12)、高速冷凍離心機(3K30)、漩渦混勻儀(XW-80A)、分光光度計(UV-1800).
2.3 沉積樣和魚樣中FQs含量測定
2.3.1 樣品前處理
沉積樣用真空冷凍干燥機冷凍干燥48 h，粉碎，過10目篩，稱2.0 g于離心管中，加入5 mL Na2EDTA-Mcllvaine 緩沖液(pH=4.0)和5 mL酸化乙腈，漩渦混勻儀提取1 min，超聲波清洗機振蕩10 min，高速冷凍離心機(10℃，8000 r · min-1)離心取上清液，重復操作兩次.上清液用0.45 μm玻璃纖維濾膜過濾，高純水稀釋至250 mL，移至SAX-HLB串聯柱進行固相萃取.洗脫液用氮吹儀吹干，流動相溶解，精確定容至1.0 mL，0.22 μm針頭式過濾器過濾后待測.
魚樣用真空冷凍干燥機冷凍干燥48 h，粉碎機粉碎，稱量魚肉和魚內臟5.0 g于50 mL離心管中，加入10 g無水硫酸鈉和10 mL酸化乙腈溶液，同上處理.
2.3.2 質量保證與質量控制
外標法確定沉積物樣中目標回收率FQs為70%～75%，魚肉中目標回收率FQs為70%~83%.每個樣本的平行試驗結果確定了該方法的可靠性.
2.3.3 色譜定性和定量測定
標準曲線測定：吸取10、20、50、100、200、500、1000、2000 μg · L-1的標準工作液各1.0 mL，測得標準曲線相關系數在0.994~0.999間.樣品均采用高效液相色譜儀(HPLC)分析測定.柱溫：30 ℃;流動相：磷酸緩沖液，乙腈(體積比為82 ∶ 18);流速：1.0 mL · min-1;進樣量:20 μL;紫外檢測波長：波長280 nm.3種FQs的檢出限都為0.50 ng · g-1.
2.4 沉積物理化因子測定
OM采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定(NY/T 1121.6—2006);TN采用凱氏法(GB/T 7173—1987); TP采用過硫酸鹽消化法(LY/T 1232—1999).
2.5 數據處理
數據用IBM SPSS Statistical 20統計軟件及Excel 2013進行分析，采用Person相關性分析及多元線性回歸分析統計方法，p<0.05 表示顯著相關.
3 結果
3.1 FQs在沉積物中的分布
對沉積物的FQs色譜圖進行定性與定量分析，3種FQs含量結果見圖 1.
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圖1 9個采樣點沉積物中3種FQs含量比較 |
從圖 1可見，9個采樣點均可檢測到NOR和CIP，S2、S3、S4、S8均未檢測到ENR.各樣點FQs含量均為NOR>CIP>ENR.S9的FQs含量最高，NOR含量最高為248.25 ng · g-1，CIP最高為158.69 ng · g-1，ENR最高為56.81 ng · g-1.
3.2 沉積物理化性質
對各采樣點進行沉積物理化性質的分析，pH的變化范圍在6.60~8.83，平均值為7.27.OM含量、TN含量、TP含量見圖 2.
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圖2 9個采樣點沉積物的有機質、總氮、總磷含量 |
各樣點OM含量變化范圍在0.955%~5.598%，S9測得最大值為4.51%，差異極顯著(p<0.01).各樣點TN含量變化范圍在0.59～1.73 g · kg-1，平均值為1.15 g · kg-1，差異極顯著(p<0.01).各樣點TP含量變化范圍在0.27～3.06 g · kg-1，平均值為0.77 g · kg-1，有顯著差異(p<0.05).
3.3 沉積物FQs與理化性質的相關性及多元回歸分析
對FQs與沉積物性質進行Person相關性分析(表 1)，NOR與OM、TP相關性極顯著，相關系數(r)分別為0.948、0.985(p<0.01);CIP與OM、TP相關性極顯著，r分別為0.935、0.973(p<0.01);ENR與OM、TP相關性極顯著，r分別為0.956、0.947(p<0.01)，與TN相關性顯著，r為0.676(p<0.05).NOR、CIP與ENR之間相關性極顯著，r最小為0.927(p<0.01).
表1 FQs與沉積物化學性質的相關性分析
對NOR、CIP及NOR含量與OM、TN、TP進行多元線性回歸分析(見表 2)，sig均小于0.001，R2在0.947~0.974間，回歸方程有效，回歸模型與實驗得到的數據均吻合較好.從多元回歸分析中得出NOR、CIP及NOR含量主要取決于TP的含量(表 2).
表2 多元線性回歸中自變量的標準化系數(n=9)
對魚樣品的FQs色譜圖進行定性與定量分析，得到魚樣中FQs的濃度，見圖 3.
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圖3 5種魚類魚肉中FQs的濃度 |
從圖 3可見，5種魚肉中均檢測出了NOR、CIP、ENR的存在.Cc、Hn和Pp魚肉中檢測到CIP>NOR>ENR，As、Sc魚肉中檢測到NOR>CIP>ENR，5種魚肉中ENR的含量相對低于NOR及CIP的含量.As魚肉中NOR含量最高為106.85 ng · g-1，Pp魚肉CIP含量最高為165.15 ng · g-1.
Pp魚肉與內臟中FQs含量比較見圖 4.
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圖4 鳊魚魚肉和內臟中FQs的濃度 |
Pp魚內臟NOR的含量是魚肉的9.53倍，CIP含量是魚肉的3.21倍，ENR未有檢出.從NOR和CIP含量看，魚內臟中的含量高出魚肉.
4 討論
4.1 沉積物中FQs的殘留狀況
將本研究結果與目前國內外河流沉積物中FQs的含量進行比較，見表 3.
表3國內外河流沉積物中FQs含量比較
從表 3可見，本研究結果與珠江口FQs含量接近或超出，高于黃河、海河、遼河的FQs含量，顯著高于大亞灣大鵬澳、海陵島及國外3條河流中的FQs含量.分析原因可能為雖然本研究河流為飲用水源保護區，但沿河兩岸有大片的淡水養殖魚塘、禽畜養殖業及處理率僅為40%左右的城鎮生活污水排放共同造成了嚴重的面源污染，加之該飲用水源河流為感潮河流，潮型為半日潮，潮汐頂托使得污染物在河道中回蕩，因此導致河流中抗生素濃度較高.海河中抗生素來源主要是農業畜牧、魚塘，黃河和遼河中抗生素的來源主要是工業及市政污水的排放，且3條河流不在市區中心，污染源相對較少;大亞灣大鵬澳和海陵島位于入海口，海水流動性大，易于污染物的擴散;國外對于抗生素污染的監管嚴格，其FQs含量相對較低.
本研究中，沉積樣FQs含量NOR>CIP>ENR.猜測可能是ENR是一種新藥，價格也高于NOR和CIP，因此使用量相對較少.S9點位 FQs含量最高，此點位附近有一城市凈水廠，每日有處理后的污水排放，可能與該凈水廠未能重視削減FQs含量有關;另一方面也反映出城鎮生活污水中也含有較高濃度的FQs抗生素量.
4.2 沉積物理化性質對沉積物中FQs歸趨的影響
FQs在體內的代謝率<25%，導致大多數FQs以原型藥物的形式經人和動物排泄物、水產養殖飼料等途徑進入到環境中，進入水體后會迅速被沉積物中的OM吸附，難以降解.X and er對FQs凈化機制的研究表明，FQs在污水中的凈化方式包括生物降解和污泥吸附.Li的研究表明FQs會被污水和沉積物中的污泥強烈吸收，Zhou等的研究表明黃河中FQs的含量與沉積物性質粘度、pH相關.
本研究中(表 1和表 2)，3種FQs與OM、TP間呈極顯著正相關.S9點位OM含量最高，沉積物中的OM蘊含物質復雜多元，FQs進入水體后會迅速被吸附，因此S9點位測得的3種FQs也最高，這與張勁強等的研究也相符合.Carrasquillo認為FQs有很強烈的吸附固相，能夠強烈吸附在顆粒物和沉積物中(Carrasquillo et al.， 2008)，可見FQs與沉積物間的相互吸附作用強烈，也可以解釋FQs在沉積物中含量高的原因.
S9點位TP含量最高，TP易于吸附在沉積物中，FQs也易于吸附在顆粒和沉積物中，TP結構復雜，包含磷物質種類豐富，TP結構中的基團可能與FQs結構中基團相耦合，加強了FQs對于沉積物的吸附作用，因此S9點位測得的3種FQs也最高.但目前這種僅限于推測，尚未進行實驗證明，因此，有待加強后續進一步的研究.另一方面，從本文的多元回歸分析中得出NOR、CIP及NOR含量主要取決于TP的含量(表 2)，而沉積物中TP含量較高也反映了底質富營養化程度較高，因此，間接指示出在本水體中水體和底質富營養化也可能同時會伴存有抗生素的污染問題.
3種FQs間會互相轉化，本研究進行的相關性分析也得到3種FQs間顯著相關(r大于0.927)，說明三者間存在著互相轉化的可能，原因可能是沉積物中有大量的真菌、細菌及各種酶，對FQs有一定的降解作用，但具體降解過程及產物等有待進一步探究.
4.3 魚體中FQs的殘留狀況
將本研究結果與目前國內外魚體中FQs的含量進行比較，見表 4.
表4 魚肉和內臟中FQs含量比較
本研究測得5種魚的魚肉中的FQs含量均顯著高于大亞灣大鵬澳和海陵島中魚的FQs的含量;部分魚類魚肉和內臟中NOR、CIP含量高于美國、歐盟的許多國家的殘留標準(殘留限量為30 ng · g-1)，也高于我國農業部標準NY 5070—2001《無公害食品水產品中漁藥殘留限量》的殘留標準(NOR、CIP殘留限量為50 ng · g-1).分析原因乃為同上，主要是養殖魚塘、禽畜養殖業、城鎮生活污水及感潮河流的滯留效應，導致面源污染嚴重，水體中可能含有較高的FQs含量.Li的研究表明FQs在可食用的軟體動物內臟中性質穩定(Li et al.， 2012);孫言春的研究也表明FQs在魚體內吸收較快，消除較慢，FQs在魚體內富集作用較強.魚內臟部位為代謝器官，因此，更易積累，造成魚內臟中抗生素含量較高的現象.魚體內臟中FQs含量多數情況下高于魚肉中FQs含量，這個結果與He的研究結果一致.
魚肉中FQs含量高于沉積物中FQs含量，本研究與Björklund的研究結果不完全一致.從本研究結果看，魚肉中FQs含量有其種類特異性，與魚的種類、食性、代謝功能等相關，可能高出或低于沉積物中FQs的含量.但魚內臟中抗生素含量均極大地高于沉積物中FQs含量，可能與魚內臟更易積聚和富集FQs有關.
在不同魚體內NOR、CIP含量大于ENR含量，一方面可能與ENR的使用量相對較少有關;另一方面，ENR在魚體中會轉化成CIP此也可能為一相關因素.
5 結論
1)飲用水源地河流的9個樣點沉積物中均能檢測出FQs的殘留，平均含量為諾氟沙星(NOR)>環丙沙星(CIP)>恩諾沙星(ENR).最大含量分別為：NOR 248.25 ng · g-1，CIP 158.69 ng · g-1，ENR 56.81 ng · g-1.
2)沉積物3種FQs含量與沉積物有機質含量、總磷相關性顯著，相關系數平均為0.946、0.968(p<0.01).說明FQs易于在沉積物有機質中富集且與底質富營養程度有一定關系。
3)5種魚的魚肉中均能檢測出FQs的殘留，鱘魚魚肉NOR含量最高為106.85 ng · g-1，鳊魚魚肉CIP含量最高為165.15 ng · g-1，與FQs易于在魚體中富集有關.鳙魚內臟FQs含量是魚肉的3.21~9.53倍;5種魚的魚肉中FQs含量可能高于或低于沉積物中FQs含量均值(49.30 ng · g-1).
4)飲用水源地抗生素污染可能主要來源于面源污染，因此，要加大對飲用水源地的保護力度，監管和嚴管抗生素在水產養殖業、禽畜養殖業的濫用，深入研究抗生素的毒性水平和毒性效應機制、抗生素的歸趨規律等，盡快全面建立抗生素在水體、沉積物及水產品中的國家標準，降低抗生素的環境風險，從而切實保障飲用水安全及水產品生態安全.
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