山东半岛海水养殖场中抗生素在不同养殖阶段的分布与生物积累特征

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抗生素作为一种抑菌剂和生长促进剂,在水产养殖业被广泛使用。由于抗生素的“假持久性”、以及抗生素的输入速率和降解速率具有不稳定性,养殖水体中的抗生素浓度处于动态变化过程,养殖生物在整个生长阶段也暴露于含有抗生素的水体中。然而,目前对养殖水体和沉积物中抗生素的研究大多集中在静态浓度上,对养殖生物中抗生素的研究局限于成熟期鱼类的不同组织中,抗生素在养殖过程中多介质中的动态变化特征尚不明确,尤其是抗生素在生物不同生长阶段的组织积累特征鲜有报道。本研究选取了山东半岛黄海沿岸典型海水养殖场作为研究区域,选取19种抗生素作为研究对象,根据养殖活动的强弱将整个养殖过程划分为非养殖阶段、养殖前期、养殖中期和养殖后期四个阶段,根据生物的养殖时间、体长体重等指标将生长阶段划分为幼年期、成长期和成熟期。本研究的内容和结论主要如下:
  (1)阐明了水样和沉积物中抗生素在不同养殖阶段的浓度水平与分布特征。对于水样中的抗生素总浓度,鱼类池塘显著高于虾池和海参池,马河港显著高于丁字湾,抗生素在养殖阶段的检出浓度比非养殖阶段高1~2个数量级。具体地,抗生素在养殖中期检出频率最低,在养殖后期检出浓度最高。在养殖池沉积物中,抗生素总浓度在养殖过程中并未出现积累效应。对于沿岸沉积物,抗生素浓度受周围养殖活动影响较大。
  (2)探究了抗生素与重金属、水质指标的相关性,分析了沿岸海水中抗生素的来源,评估了抗生素的耐药性风险、生态风险和人体健康风险。结果表明,多种抗生素与总氮表现出正相关,与盐度表现出负相关。丁字湾主导抗生素(强力霉素、甲氧苄氨嘧啶和恩诺沙星)与叶绿素呈现显著正相关(p<0.05)。重金属锌、锰和多种抗生素呈现正相关(p<0.01),这些水质指标在一定程度上可以反映研究区域抗生素的污染水平。沿岸海水和地下海水中的抗生素主要来源于附近养殖池水。随着养殖活动的增多,氟喹诺酮类和四环素类抗生素对耐药细菌的选择压力显著增加,磺胺类和四环素类抗生素对水生生物造成的生态风险明显增加。分析得出,鱼类肌肉中的强力霉素会对人体健康造成显著风险,需加以关注。
  (3)揭示了抗生素在生物不同生长阶段各组织的浓度水平和生物积累能力。氟喹诺酮类和四环素类是所有生物的主导抗生素,抗生素在鱼类中的总浓度水平比虾和海参高3个数量级。抗生素总浓度在鱼鳃表现为幼年期<成长期<成熟期,恩诺沙星的代谢产物环丙沙星在鱼类肝脏中表现出了积累效应(p<0.05)。生物对抗生素的积累能力表现为:生物对大多数抗生素的积累能力在幼年期更强,在成熟期更弱;生物在脂类丰富的组织(肝脏和虾头)和呼吸器官(鳃)中更易积累抗生素;海参对抗生素的生物积累能力最弱。
  (4)系统分析了生物在积累抗生素时的影响因素。鱼类体内的环丙沙星主要来源于其母体药物恩诺沙星的生物转化。抗生素的脂水分配系数的对数值(log Dlipw)与生物积累因子的对数值(log BAF)在低生物转化组织(鱼鳃和鱼肌肉)中表现出显著正相关(p<0.01或p<0.05)。生物体内的一些重金属和主导抗生素表现出正相关。比如锰、镍和土霉素在鱼鳃中表现出显著正相关(p<0.05),海参中主导抗生素强力霉素与铬、镍都表现出极显著正相关(p<0.01)。生物在室内养殖比室外养殖对抗生素表现出更强的生物积累性。
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