抗生素污染现状及生态环境效应课件
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为制药企业废水、养殖废水和生活污水
抗生素生产
工业废水 污水处理厂
地表水
人Hale Waihona Puke Baidu医用
养殖业
粪便 土壤
人类
饮用水
水生生物
地下水
沉积物
图1 抗生素在生态环境中的来源与归趋
水体已成为环境中抗生素最重
要的归宿地之一。低浓度的抗生素 及其代谢产物在水体中就会诱导产 生抗性基因，对水生生物及人类产 生潜在的毒性效应。
水环境中的抗生素反应迁移转化
图2 抗生素在水体中的反应迁移过程
• 抗生素进入地表水环境后，受物理、化学和生 物作用的综合影响，其行为变化十分复杂。水 体中的抗生素可分为溶解态和结合态，溶解态 抗生素可发生吸附、光解、水解和生物降解等 反应；溶解态抗生素被悬浮颗粒物吸附后形成 结合态，某些抗生素被吸附之后还能发生一定 程度的解吸，重新形成溶解态；结合态的抗生 素可能发生沉降或再悬浮；此外，溶解态和结 合态的抗生素在水流作用下进行扩散。
酶联免疫吸附法
基于将待测组分与抗体结合的一 种检测技术，操作简单，样品无 需纯化浓缩，但检测时间长，抗 体制作不易。
液相色谱法
分为液相色谱串联质谱和液相色 谱／紫外（荧光）两种，前者鉴 别和分析痕量水平的物质，并定 量微量物质，如大环内酯类抗生 素等；后者操作简单、成本低用。
水质模型
适用于拥有单一点源污染的小型 河流，并且强调了水力学参数是 影响水体中污染物迁移的主要因 素，即水体中污染物的浓度主要 受河流流量控制。
环境残留抗生素的生态效应
01
02
03
抗生素抑制或杀灭细菌、 真菌等病原体，进入环境 后对微生物群落和具有相 同或类似靶器官低等生物 有毒害作用
微生物和低等生物作为生 态系统的基础，被破坏后 直接影响生态平衡
抗生素通过生物富集在食 物链或食物网中，最终对 高等生物构成潜在的威胁
红霉素抑制反硝化细菌 活性，影响生态系统氮 循环；土霉素会降低土 壤微生物群落的功能多 样性
多拉霉素影响双翅目昆 虫的数量、环丙沙星和 甲氧苄啶对甲虫幼虫的 成活率有明显影响
生态效应
多数抗生素对藻类、 水蚤、鱼类等水生生 物有毒性
低浓度的抗生素残留会在 环境中产生诱导抗性基因， 在食物网中传播，威胁人 类的健康（抗药性金黄葡 萄球菌感染）。
对细菌的作用过程
抑制细胞壁的合成 与细胞膜相互作用 干扰蛋白质的合成 抑制核酸的转录和复制抑制
生态系统抗生素的来源
自然来源
许多抗生素由土壤细菌产生，自然环境中本身 存在一定的背景值，这就是抗生素的自然来源， 人类发现抗生素之前，天然来源抗生素处于动 态平衡。现今，还没有沉淀物和水生环境中天
然抗生素污染的调查报告。
人为原因
人类发现并大规模研发抗生素以来，导致大量 的抗生素被排入地表水环境根据抗生素的来源 和受用对象，可将水环境中抗生素的来源归纳
抗生素滥用对人体的危害
• 滥用抗生素会导致肝肾功能损害、菌群失调、抗生素相关性腹泻，以及细菌的耐药性增加、 二重感染，甚至是延误病情导致死亡等严重不良反应的发生。
• 过多的使用抗生素导致了许多药物无法治疗的“超级感染”，如抗药性金黄葡萄球菌感染等。 • 还会对抑制人体骨骼造血功能。一方面，可逆的各类血细胞减少；另一方面，是出现不可
谢谢
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逆的再生障碍性贫血，虽然少见，但死亡率高。
检测方法
微生物法
根据抗菌药物对敏感的微生物有 指示作用，将提取液和标准溶液 对照，从而对抗生素进行定量。
气相色谱法
气相色谱法选择性和灵敏度高， 但大多数抗生素具有非挥发或热 不稳定的特点，所以检测常需要 衍生化，延长了检测时间，使分 析误差大。
01
02
04 03
水环境中抗生素污染
•抗生素通常与水体污染物共存，比如内分泌干扰物，这些污染物同时存在，会形成复合污染 同时抗生素的形态和毒性会有影响。 •养殖业畜禽粪便和废水是重要的抗生素污染源。由于在养殖业中砷、铜等重金属也通常被用 作饲料添加剂，而不恰当的畜禽粪便管理可以导致环境中重金属和抗生素的复合污染。 •抗生素的迁移转化与其毒性大小有关，酶在生物体中起着很重要的作用，抗生素进入机体后， 一方面在酶的催化作用下进行代谢转化；另一方面也酶的活性改变。
WASP 模型是一个动力学箱式模 型，常被用于模拟河流、湖泊、 水库以及近海水域的水质变化， 也可用于一维、二维和三维的水 质模拟
主题
逸度模型基于逸度概念，根据质 量平衡原理，描述化合物在环境 系统中的行为（浓度、质量分布、 反应特征及持久性），从而对污 染物的归趋进行解释和预测。
最早用于美国 11 个流域内药物 浓度的模拟。模型运行前，需要 对研究流域进行分割。基于质量 守恒公式，PhATE 模型可以预 测每段研究区内药物的归趋情况
2018
污染生态化学—以抗生素为例
讲解：马源甫
1
介绍
抗生素，是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动 植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级 代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。广泛应用 于人类及动物的疾病防治、农业生产、畜牧及水产养殖等领域。
2
随着全球人口数量的增加和对动物蛋白需求的增长，全球抗生素 总消费量仍在逐年增加。就目前我国使用抗生素的情况，在2013 年时就远远超过欧美等发达国家（中国162000吨、英国1060吨、 美国17900吨），可以说我国无论在人用抗生素或者兽用抗生素方 面， 都存在抗生素滥用现象。
抗生素生产
工业废水 污水处理厂
地表水
人Hale Waihona Puke Baidu医用
养殖业
粪便 土壤
人类
饮用水
水生生物
地下水
沉积物
图1 抗生素在生态环境中的来源与归趋
水体已成为环境中抗生素最重
要的归宿地之一。低浓度的抗生素 及其代谢产物在水体中就会诱导产 生抗性基因，对水生生物及人类产 生潜在的毒性效应。
水环境中的抗生素反应迁移转化
图2 抗生素在水体中的反应迁移过程
• 抗生素进入地表水环境后，受物理、化学和生 物作用的综合影响，其行为变化十分复杂。水 体中的抗生素可分为溶解态和结合态，溶解态 抗生素可发生吸附、光解、水解和生物降解等 反应；溶解态抗生素被悬浮颗粒物吸附后形成 结合态，某些抗生素被吸附之后还能发生一定 程度的解吸，重新形成溶解态；结合态的抗生 素可能发生沉降或再悬浮；此外，溶解态和结 合态的抗生素在水流作用下进行扩散。
酶联免疫吸附法
基于将待测组分与抗体结合的一 种检测技术，操作简单，样品无 需纯化浓缩，但检测时间长，抗 体制作不易。
液相色谱法
分为液相色谱串联质谱和液相色 谱／紫外（荧光）两种，前者鉴 别和分析痕量水平的物质，并定 量微量物质，如大环内酯类抗生 素等；后者操作简单、成本低用。
水质模型
适用于拥有单一点源污染的小型 河流，并且强调了水力学参数是 影响水体中污染物迁移的主要因 素，即水体中污染物的浓度主要 受河流流量控制。
环境残留抗生素的生态效应
01
02
03
抗生素抑制或杀灭细菌、 真菌等病原体，进入环境 后对微生物群落和具有相 同或类似靶器官低等生物 有毒害作用
微生物和低等生物作为生 态系统的基础，被破坏后 直接影响生态平衡
抗生素通过生物富集在食 物链或食物网中，最终对 高等生物构成潜在的威胁
红霉素抑制反硝化细菌 活性，影响生态系统氮 循环；土霉素会降低土 壤微生物群落的功能多 样性
多拉霉素影响双翅目昆 虫的数量、环丙沙星和 甲氧苄啶对甲虫幼虫的 成活率有明显影响
生态效应
多数抗生素对藻类、 水蚤、鱼类等水生生 物有毒性
低浓度的抗生素残留会在 环境中产生诱导抗性基因， 在食物网中传播，威胁人 类的健康（抗药性金黄葡 萄球菌感染）。
对细菌的作用过程
抑制细胞壁的合成 与细胞膜相互作用 干扰蛋白质的合成 抑制核酸的转录和复制抑制
生态系统抗生素的来源
自然来源
许多抗生素由土壤细菌产生，自然环境中本身 存在一定的背景值，这就是抗生素的自然来源， 人类发现抗生素之前，天然来源抗生素处于动 态平衡。现今，还没有沉淀物和水生环境中天
然抗生素污染的调查报告。
人为原因
人类发现并大规模研发抗生素以来，导致大量 的抗生素被排入地表水环境根据抗生素的来源 和受用对象，可将水环境中抗生素的来源归纳
抗生素滥用对人体的危害
• 滥用抗生素会导致肝肾功能损害、菌群失调、抗生素相关性腹泻，以及细菌的耐药性增加、 二重感染，甚至是延误病情导致死亡等严重不良反应的发生。
• 过多的使用抗生素导致了许多药物无法治疗的“超级感染”，如抗药性金黄葡萄球菌感染等。 • 还会对抑制人体骨骼造血功能。一方面，可逆的各类血细胞减少；另一方面，是出现不可
谢谢
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逆的再生障碍性贫血，虽然少见，但死亡率高。
检测方法
微生物法
根据抗菌药物对敏感的微生物有 指示作用，将提取液和标准溶液 对照，从而对抗生素进行定量。
气相色谱法
气相色谱法选择性和灵敏度高， 但大多数抗生素具有非挥发或热 不稳定的特点，所以检测常需要 衍生化，延长了检测时间，使分 析误差大。
01
02
04 03
水环境中抗生素污染
•抗生素通常与水体污染物共存，比如内分泌干扰物，这些污染物同时存在，会形成复合污染 同时抗生素的形态和毒性会有影响。 •养殖业畜禽粪便和废水是重要的抗生素污染源。由于在养殖业中砷、铜等重金属也通常被用 作饲料添加剂，而不恰当的畜禽粪便管理可以导致环境中重金属和抗生素的复合污染。 •抗生素的迁移转化与其毒性大小有关，酶在生物体中起着很重要的作用，抗生素进入机体后， 一方面在酶的催化作用下进行代谢转化；另一方面也酶的活性改变。
WASP 模型是一个动力学箱式模 型，常被用于模拟河流、湖泊、 水库以及近海水域的水质变化， 也可用于一维、二维和三维的水 质模拟
主题
逸度模型基于逸度概念，根据质 量平衡原理，描述化合物在环境 系统中的行为（浓度、质量分布、 反应特征及持久性），从而对污 染物的归趋进行解释和预测。
最早用于美国 11 个流域内药物 浓度的模拟。模型运行前，需要 对研究流域进行分割。基于质量 守恒公式，PhATE 模型可以预 测每段研究区内药物的归趋情况
2018
污染生态化学—以抗生素为例
讲解：马源甫
1
介绍
抗生素，是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动 植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级 代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。广泛应用 于人类及动物的疾病防治、农业生产、畜牧及水产养殖等领域。
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随着全球人口数量的增加和对动物蛋白需求的增长，全球抗生素 总消费量仍在逐年增加。就目前我国使用抗生素的情况，在2013 年时就远远超过欧美等发达国家（中国162000吨、英国1060吨、 美国17900吨），可以说我国无论在人用抗生素或者兽用抗生素方 面， 都存在抗生素滥用现象。