地表水中微囊藻毒素的危害与控制综述

[收稿日期]　2003-06-26

[基金项目]　广东省科技攻关项目(2003C32902),广东省水利厅水资源保护重点项目

[作者简介]　王朝晖(1968-),女,副教授,副教授,研究方向:污染生态学和生态毒理学.

地表水中微囊藻毒素的危害与控制(综述)

王朝晖1,　许忠能1,　胡　韧1,　林秋奇1,

韩博平1,　章诗芳2

(1.暨南大学水生生物研究所,广东广州510632;

2.广州市自来水公司水质部,广东广州510160)

[摘　要]　微囊藻毒素(microcystin ,MC )是一类环状多肽类物质,具有很强的肝毒性.微囊藻毒素在我国淡水水体分布广泛,许多大型水体和供水水库都已发生微囊藻水华,一些城市饮用水源受到污染.检测水体微囊藻毒素的方法主要有高效液相色谱(HP LC )和酶联免疫法(E LIS A ),但目前仍缺乏一种快速、经济的常规检测方法.要控制饮用水源中微囊藻毒素的含量,除了物理、化学、生物等去除手段外,水体富营养化防治是最有效、也是最根本的控制手段.

[关键词]　微囊藻毒素;　地表水;　肝毒素;　监测技术;　控制方法

[中图分类号]　X 17115 [文献标识码]　A [文章编号]　1000-9965(2004)01-0110-06 我国城市饮水的主要来源为河流、湖泊(含水库)等地面水体.随着工农业的发展以及生活水平的提高,大量富含营养物质的工农业废水和生活污水排入水体,使水体富营养化进程加快、程度加剧.其结果导致一些小型的耐污性蓝绿藻大量繁殖生长,水华时常发生.许多蓝藻能产生以微囊藻毒素(microcystin ,MC )为代表的毒素,危害人类健康[1].目前我国已有许多饮用水源发生蓝藻水华并监测出微囊藻毒素[2～5].本文介绍了微囊藻毒素的来源、危害、检测、控制方面的研究动态及其在我国地表水中的分布和危害,为水资源特别是饮用水资源的保护和可持续发展提供参考.

1　微囊藻毒素的来源及结构和性质

微囊藻毒素(MC )是由蓝藻中的微囊藻属(Microcystis )、鱼腥藻属(Anabaena )、颤藻属(Oscillatoria )及念珠藻属(Nostoc )的某些种类或品系产生的次生代谢产物[1].

MC 是一类单环七肽物质,一般结构为环(D -丙氨酸-L -X -赤-β-甲基-D 异天冬氨酸-L -Y-Ad 2da -D -异谷氨酸-N -甲基脱氢丙氨酸,其中Adda 为一种特殊的氨基酸,结构为3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯-4,6-二烯酸,X 、Y 为两种可变的L 氨基酸.由于X 、Y 两种L 氨基酸的不同以及天冬氨酸、脱氢丙氨酸的甲基化(去甲基化),可以构成不同的异构体,目前已从不同的微囊藻藻株中分离鉴定出60多种异构体,其中存在最普遍也是含量较多的是LR 、RR 、Y R ,其中L 、R 、Y 代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸.

由于环状结构和间隔双键,微囊藻毒素具有相当的稳定性,加热到300℃很长时间仍未能使之分解,而且尽管它们是多肽类物质,但普通的蛋白质水解酶对它们不起作用[6].微囊藻毒素在阳光下也较稳定,但在蓝藻色素存在的条件下或在微生物的作用下,光降解速度加快[7]. 第25卷第1期2004年2月 暨南大学学报(自然科学版) Journal of Jinan University (Natural Science )

Vol.25No.1　Feb.2004

2　微囊藻毒素的毒性和危害

微囊藻毒素主要作用于肝细胞和肝巨噬细胞,诱导肝巨噬细胞中白细胞介素I 的产生,强烈抑制肝细胞中蛋白磷酸酶的活性[8],毒性作用主要表现为肝中毒.

微囊藻毒素与人类健康密切相关,由微囊藻毒素所引起的人类急性、慢性中毒事件时有报道.近30年来,约有10000人由于饮用或直接接触污染微囊藻毒素的水而造成急性中毒,其中100多人死亡[9].特别是在1996年,巴西的一个血液渗透中心,由于使用了被微囊藻毒素污染的水而导致116位血液渗透病人出现急性肝中毒症状,其中53人死亡[10].由于饮用水源中毒素含量一般较低,人们较为普遍关注的是微囊藻毒素所引起的慢性中毒.微囊藻毒素是一种强的肝致癌物质,长期接触可引起肝癌.流行病学调查显示,在我国东南沿海一些地区如江苏海门、启东和广西绥远地区的原发性肝癌与饮用水源中微囊藻毒素高本底含量密切相关[11～14].为了确保饮用水的安全健康,1998年国际卫生组织(WH O )出版的《饮用水卫生基准》制定了微囊藻毒素的饮用水标准,推荐源水中LR 的标准为1μg/L ,我国卫生部也在2001年颁布的《生活饮用水卫生规范》中推荐饮用水源水中微囊藻毒素含量标准,与WH O 相同.

微囊藻对动物也具有一定毒性,家畜及野生动物饮用了含微囊藻毒素的水后,会出现腹泻、乏力、厌食、呕吐等症状,甚至死亡.自从1878年Francis 首次报道了微囊藻毒素引起动物中毒死亡事件后,世界各地由微囊藻毒素引起鸟类、鱼类、家畜中毒事件频繁发生,我国内蒙古达赉湖由于鱼腥藻、微囊藻水华,每年都造成牛羊等家禽死亡[5].

虽然有报道认为微囊藻水华能引起鱼类和浮游动物的大量死亡[15],实验室研究也证实了微囊藻毒素对鱼类和浮游动物有一定的毒性,但也有研究表明,鲢鱼能被利用控制微囊藻水华,作为富营养化的一种生物防治手段[16].总体来说微囊藻毒素对水生生物如鱼类、浮游动物的急性毒性不大,在动物体内也无较强的生物积累作用,但能影响它们的生长、繁殖和行为等.可能由于微囊藻毒素是一种细胞内毒素,微囊藻群体被水生动物滤食时,细胞未被完全破坏消化,水生动物取食首先从胶囊和附着在胶囊上的细菌获得营养,毒素没有充分释放出来,因此对水生动物的毒害较小.

3　微囊藻毒素在我国地面水的分布

随着水体富营养化程度的加重,我国淡水水体水华发生的频率越来越高,规模也越来越大,而且在我国大多数淡水水体发生的蓝藻水华的优势种类主要是微囊藻,其中80%是产毒种类.自20世纪70年代以来,我国许多大型湖泊都发生了大规模微囊藻水华,90年代以后,水体污染程度加剧,水华几乎每年都有发生.滇池的微囊藻水华常年不消退,水质腐败,毒素含量居高不下,使附近自来水厂被迫关闭[17].值得注意的是,目前我国一些供水水库也常发生有毒的微囊藻水华.

我国城市饮用水源多为河流、湖泊、水库等地面水,湖泊、水库等淡水水体发生的有毒微囊藻水华直接危害到居民的身体健康.调查研究结果还显示,我国一些地区水源水中的微囊藻毒素质量浓度已超过国际卫生组织的标准(1μg/L )[3],个别地区夏季出厂水毒素含量超过使人慢性中毒阈值(011μg/L ).在广大的农村地区,饮用水来源于河滨水、池塘水及浅井水,我国东南沿海一些市县如浙江的海宁[12]、江苏的启东和海门[13]、广西的扶绥[14]等是原发性肝癌、大肠癌高发区,这些地区饮用水中微囊藻毒素LR 质量浓度最高可超过1μg/L.4　微囊藻毒素的分析监测

水体中微囊藻毒素对人类健康具有较大的潜在危害,要确保饮用水安全和人类健康,就有必要对水体中毒素进行监测和危险评估,而高效、灵敏、经济的监测技术是普及毒性常规监测的关键,现在用于微囊藻分析监测方法主要有生物监测法、化学监测法、生物化学监测法等.

生物监测法是最直观、最经济的监测方法,提取毒素后直接对小鼠进行腹腔注射,根据小鼠的死亡时间来确定毒性大小.此方法灵敏度低,只能监测到具有急性毒性效应的毒素浓度,而且实验结果与小鼠的品系有关,结果之间可比性较差,目前一般较少采用.

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