微囊藻毒素微生物降解途径与分子机制研究进展

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微囊藻毒素毒作用机制研究进展

作者单位：０６６０００河北省秦皇岛市疾病预防控制中心
污染与人群中原发性肝癌的发病率有很大相关性¨１。而目前
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的水处理措施并不能有效地去除ＭＣｓ，这就使这些地区的居民呈现长期暴露于低浓度ＭＣｓ的特点。ＭＣｓ的肝脏毒性是研究最为深入的。此外研究还发现，ＭＣｓ还具有肾毒性、肠毒性、胚胎．胎儿毒性，引起皮肤过敏，心肌和肾上腺及生殖系统损伤等‘３｜。２微囊藻毒素毒作用机制２．１抑制蛋白磷酸酶１和２Ａ蛋白质的磷酸化在信号转导中发挥重要作用。ＭＣｓ进入细胞后，强烈专一性抑制丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酯酶１和２Ａ（ＰＰＩ和ＰＰ２Ａ）Ｍ１。ＰＰ２Ａ由１个催化亚单位和至少１２个调节亚单位组成，依靠催化亚单位和调节亚单位的联合作用，ＰＰ２Ａ通过调节不同的信号通路参与了许多细胞活动。ＰＰ和激酶活性问的平衡对调节细胞的各项活动非常重要，ＰＰ２Ａ对保持细胞存活和死亡的平衡意义重大。
１ｌＰｅｎｉｄｏＮｄｅＯ，ＲａｎｌｏｓＨＶ．ＢａｒｒｏｓＦＡ，ｅｔａ１．Ｃｌｉｎｉｃａｌ，ｅｔｉｏｌｏｇｉｃａｌ
ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ
内听道区横断面及双斜矢状面３Ｄ－ＦＩＥＳＴＡ・ｃ，主要参数如下：ＴＲ／ＴＥ
６．９／１．８ｍ８，ＦＡ
６０。，ＦＯＶ：１４ｃｍ×１Байду номын сангаас ｃｍ，矩阵：３８４
２．１．２
ＤＮＡ－蛋白质交联（ＤＰＣ）：ＤＰＣ是ＤＮＡ与蛋白质形成的
稳定的共价化合物，作为外来化学物的毒作用分子生物标志近年已受到关注。如果机体内的大分子物质受到外来理化冈素的作用，则可以诱导出超量的ＤＰＣ，而超量的ＤＰＣ是一种病理状态，可影响基因的表达，破坏染色体结构。因此，ＤＰＣ作为遗传毒性的生物标志物有非常重要的价值。ＭＣｓ能诱导小鼠肝、肾、睾丸细胞ＤＰＣ的形成，从而造成了对小鼠ＤＮＡ的损伤¨“。与其它类型的ＤＮＡ损伤相比，ＤＰＣ较难修复，在细胞周期中持续时间较长，当ＤＮＡ复制时，易造成一些重要基因（如抑癌基因）的丢失，并有可能导致肿瘤或某些严重疾病的发生。由此可知，ＭＣｓ具有遗传毒性，一些受损细胞不能被机体修复系统修复而逃避了细胞凋亡机制或损伤水平太高，超过机体损伤修复能力，可使细胞发生永久性、不可逆性改变，形成恶性转化细胞，最终导致肿瘤。２．３氧化损伤活性氧类（ＲＯＳ）是一组包括氧基、羟基、过氧化氢等在内的氧自由基团，它们可引起脂质过氧化，破坏膜的结构与功能，导致细胞崩解死亡，在外源化学物的毒性中发挥重要作用。许多研究已经表明氧化应激是ＭＣｓ损伤肝脏的重要机制之一。急性和慢性毒性研究均表明，ＭＣｓ促进了ＲＯＳ的生成和脂质过氧化¨“。ＭＣａ还可通过损伤机体的抗氧化系统引起氧化损伤。机体内存在一套完整的自由基清除系统，非酶系抗氧化系统即谷胱甘肽（ＧＳＨ）、维生素Ｅ等和酶系抗氧化系统即超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化氢酶（ＣＡＴ）和谷胱甘肽过氧化物酶（ＧＳＨ－ＰＸ）等。ＭＣｓ在不产生细胞毒性的剂量时，可导致培养的肝细胞内剂量、时间依赖的ＧＳＨ、ＳＯＤ和ＣＡＴ含量／活力的明显

基于微囊藻毒素毒理学研究进展.

基于微囊藻毒素毒理学研究进展论文关键词】：微囊藻毒素; 理学; 进展【论文摘要】:近年来，随着人类生产、生活活动的迅速发展，工农业排污的增加，各地水体富营养化日益加剧，导致江河、湖泊中藻类尤其是蓝藻异常繁殖生长而出现水华现象。

当蓝藻水华严重时，水面形成厚厚的绿色湖靛，散发出难闻的气味，不仅破坏了水生生态系统的平衡，而且因藻细胞破裂后释放出多种藻毒素而对人和动物的饮用水安全构成了严重的威胁。

文章从微囊藻毒素的理化性质、一般毒性、毒理研究及作用机理方面来说明当前藻毒素研究进展。

1. 微囊藻毒素一般概况微囊藻毒素(Mycrocystins，MC)是水体中蓝藻爆性繁殖产生的二级毒性代谢物，是一种肝毒素，可在贻贝和扇贝的消化腺内积累并沿食物链进入到高营养生物体内，包括鱼、鸟、哺乳动物和人类，引起野生动物和家畜中毒，其症状包括虚弱、皮肤苍白、过冷等，严重的可引起肝大出血及肝坏死，使动物因呼吸阻塞而死亡。

微囊藻毒素也可引起人类疾病，甚至导致人类死亡。

微囊藻毒素是由水体中蓝绿藻如铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、鱼腥藻(Anabaena)、颤藻(Oscillatoriaruescens)等产生的具有生物活性的单环肽化合物，其结构可表示为环D-丙氨酸-L-X-赤-β-甲基-D-异天冬氨酸-L-Z-Adda-D-异谷氨酸-N-甲基脱氢丙氨酸。

X、Z为两个可变的氨基酸残基，这两个可变的L-氨基酸的更替及其它氨基酸的去甲基化，衍生出众多的毒素类型，至今已发现MC有60多种异构体。

在这众多异构体中存在最普遍、含量较多、毒性较大、研究较详细的是MC-LR、MC-RR和MC-YR，L、R、Y分别代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。

Adda(3-氨基-9-甲氧基-2，6，8-三甲基-l0-苯基-4，6-二烯酸)是MC生物活性表达所必需的，研究发现去除Adda后藻毒素的毒性降低。

2. MC的理化性质MC性质稳定，具有水溶性和耐热性。

饮用水中微囊藻毒素污染及其光催化降解的研究进展

第34卷第5期2004年9月　东南大学学报(自然科学版)JOURNAL OF SOU THEAST UNIV ERSITY (Natural Science Edition )Vol 134No 15Sept.2004饮用水中微囊藻毒素污染及其光催化降解的研究进展冯小刚　卫　涛　袁春伟(东南大学生物科学与医学工程系,南京210096)摘要:富营养化水体中的微囊藻毒素是一种传统净水技术难以去除的致癌毒素.本文综述了纳米TiO 2光催化技术高效降解L R 型微囊藻毒素最新的研究进展,分析了不同质量浓度情况下反应动力学模式的差异,从分子结构的角度讨论了反应降解机理,提出了多种高级氧化手段相结合的研究思路及需要进一步关注的问题.结论表明,作为一种广谱的有机物降解方法,纳米TiO 2材料光催化能有效地去除饮用水中的微量藻毒素.关键词:微囊藻毒素;光催化;TiO 2;饮用水净化中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2004)0520705206Development of studies on microcystins pollutionand its photocatalytic degradation in drinking w aterFeng Xiaogang Wei Tao Yuan Chunwei(Department of Biological Science and Medical Engineering ,Southeast University ,Nanjing 210096,China )Abstract :Microcystins ,a group of hepatotoxin produced by cyanobacteria ,have proven unreliable to be removed from water by conventional water treatments.This paper introduces the latest research development of degradation of microcystin 2L R (leucine arginine )by TiO 2photocatalysis.The de 2struction mechanism and kinetic modeling are analyzed under different concentration of microcystin 2L R.Major pathways for the photocatalytic degradation of microcystin 2L R are investigated in terms of molecular structure.Some suggestions about addition of strongly oxidizing species and problems of further study are put forward.It is shown that TiO 2photocatalysis is a promising technology to de 2stroy trace 2level microcystin 2L R in drinking 2water.K ey w ords :microcystin ;photocatalysis ;titanium dioxide ;drinking 2water purification收稿日期:2004204227.基金项目:国家863计划资助项目(2002AA302304).作者简介:冯小刚(1973—),男,博士生;袁春伟(联系人),男,博士,教授,博士生导师,cwy @. 水体富营养化现象以及由此带来的环境与生态问题日益严重,蓝藻爆发性繁殖引起的藻毒素污染就是其中一种.近年来,很多藻毒素导致动物中毒甚至死亡的报道引起了学术界广泛关注[1,2],流行病学调查研究显示,人体长期摄入微量藻毒素具有潜在的致癌作用[3].藻毒素的主要传播载体———饮用水污染越来越成为一个广泛关注的热点问题.20世纪90年代以来,我国水体富营养化涉及范围不断扩大,作为饮用水源的一些主要河流和湖泊中都曾发现大量藻类繁殖,并不同程度地存在有藻毒素[4].我国参考世界卫生组织的建议,在2001年修订实施的《生活饮用水卫生规范》中将藻毒素L R 列为非常规监测项目,确定执行标准为1μg/L [5].1　微囊藻毒素富营养化水体中的藻毒素通过饮水或者食物富集进入高级生物体内,作用于机体的不同器官组织导致病变.微囊藻毒素(microcystins ,MCs )是以动物肝脏为作用靶器官的一类肝毒素,能够特异性地抑制蛋白磷酸酶活性进而诱发癌症等一系列病变,是世界各地广泛存在并且危害极大的一种蓝藻毒素.研究报告显示,MCs 与肠、胃等其他消化道器官肿瘤也有密切关系[6].MCs 分子结构为带有特征的共轭二烯芳香族氨基酸支链的一类环状七肽化合物,通式为:环2(D2丙氨酸2L2X2赤2β2甲基2D2异天冬氨酸2L2Z2Ad2 da2D2异谷氨酸2N2甲基脱氢丙氨酸).其中环肽结构中含有X,Z两个可变的氨基酸基团.结构如图1所示[7].图中R1,R2,R3代表H或者CH3.图1　微囊藻毒素MCs分子结构示意图其中,共轭二烯支链Adda(32氨基292甲氧基22,6,82三甲基2102苯基24,62二烯酸)是表达藻毒素生理活性的结构;X和Z在不同的微囊藻毒素变型中代表不同氨基酸,如在L R型藻毒素(MC2L R)中,X和Z分别代表亮氨酸和精氨酸,此外,还有RR,YR等其他多种类型藻毒素MCs.在已知的60多种MCs中,以MC2L R生理毒性最为显著,是目前研究最多的一种微囊藻毒素.太湖每年蓝藻爆发时水体中的藻毒素就是以MC2L R为主[8],有关数据显示,我国江苏某些地方肝肿瘤的高发率与长期饮用含MCs水体的人群之间存在统计学相关[9,10].在蓝藻的对数生长期,毒素主要存在于细胞内,水中溶解毒素仅占总质量的10%～21%;藻细胞大量死亡时,MCs释放到水中,细胞外毒素比例大幅上升,达到69%[11].由于MCs分子具有稳定的环状多肽分子结构,属于顽固性难降解的生物毒素,一般蛋白水解酶无法分解,能够耐受很宽泛的酸碱环境与温度条件,在自然条件下能够存在很长时间不被光解或生物降解.有报道表明,微囊藻毒素在干燥的藻渣中能存在6个月,润湿后又会释放到水体中[12].2　微囊藻毒素的常规治理方法MCs分子结构种类繁杂,纯品昂贵稀少,目前国内的相关研究刚刚起步,主要集中在环境行为、毒理效应以及分离检测等方面.对于去除MCs,国内研究更多地停留在高藻水的处理方面,如:强化预氧化、化学药剂以及絮凝沉淀等单元操作[13],通过去除藻细胞间接地降低水中MCs的质量浓度.过量的氯系氧化剂预氧化是处理高藻水的常用手段,但容易生成卤化烃等多种潜在“三致”物质,对饮水安全造成威胁[14];O3预氧化存在效率和成本的问题;金属盐的混凝、沉淀作用会造成藻细胞裂解,毒素释放,其质量浓度也会升高[15].An2geline等[16]发现,铝盐在p H>6的絮凝除藻效果最好,但水体中溶解性毒素质量浓度却增加了约30%.活性炭吸附去除效果较为明显,但成本较高而且无法彻底去除MCs.饮用水中MCs质量浓度极低,常规分析仪器无法检测,所导致的非直接致突变在检测中也无法检出[17].但采用酶联免疫检测法,很多地方的饮用水中都有微量藻毒素检出,说明常规单元净水工艺去除MCs的效果不理想[18].此外,《生活饮用水卫生规范》中1μg/L的上限标准是从MCs的致死毒性角度来考虑制定,鉴于长期摄入微量藻毒素在人体内富集造成的巨大健康危害,以及氯化消毒的“三致”污染副产物与藻毒素共存所产生的毒性协同作用[19],即使饮用水达标,也必须采取深度处理措施来减少甚至完全去除微量藻毒素.3　TiO2光催化降解饮用水中的微囊藻毒素目前较新的去除藻毒素MCs的技术包括纳滤膜技术、生态湿地技术、微生物处理、深度氧化法等,考虑受污染水体的特点、操作可行性以及成本等诸多因素,其中以纳米材料TiO2光催化氧化为代表的高级氧化技术被认为是一种很有应用前景的方法.过去的20年来,采用羟自由基・OH氧化降解有机污染物的高级氧化技术发展很快,其中纳米TiO2光催化方法除了材料廉价安全、条件温和,还可以直接利用太阳光.作为n型半导体,纳米级TiO2在能量大于其带隙的紫外光UV照射下,产607东南大学学报(自然科学版) 第34卷生价带空穴h+和导带电子e-分离,其中一部分会迁移到粒子表面.价带空穴h+通过与吸附在催化剂表面的H2O,OH-发生一系列反应生成羟自由基・OH,导带电子e-则被表面吸附氧所俘获.产物羟自由基・OH具有强氧化性(标准电极电位:218 V),是光催化反应主要的氧化剂,价带空穴h+也具有强氧化性,包括MCs分子在内的几乎所有有机物都可以被氧化降解.近几年,有关光催化方法降解水中微量藻毒素MCs研究开始引起国际间关注,一系列报道都证明光催化能在很短的时间内将水中的MCs完全分解,极大地提高了饮用水的安全性[20～22].国内虽然已经有了大量光催化处理有机废水的研究,也有应用于饮用水处理的尝试,但以MC2L R型藻毒素作为降解对象尚未见报道.311　光催化降解MC2L R的反应条件MC2L R分子是一种两性化合物,肽环链上的天冬氨酸和谷氨酸属于酸性氨基酸,而精氨酸属于碱性氨基酸,这些两性基团决定了MC2L R分子的电性在不同p H环境中会有所变化.在p H<3的强酸性条件下,首先是质子化的氨基(N H3+)使得MC2L R分子带1单位的正电荷;随着p H值增加到3左右,2个羧基依次失去质子(COO-);最后在p H>1215的强碱性环境中,去质子化的氨基使得分子携带2单位的负电荷,整个MC2L R分子的电性随体系酸度的变化过程为 reaction p H值MCL RH+3RH2+H+ 3.0MCL RH2RH-+H+ 3.0MCL RH-RH2-+H+ 12.5根据双电层理论,水化P25型TiO2胶体溶液的p H表面零电势点为6125,p H值在等电点之下, TiO2表面电荷为正,此时MC2L R分子携带负电荷,所以当p H值在310～6125之间,二者吸附作用最强,MC2L R分子最容易被TiO2粒子表面的光生羟基自由基所氧化,降解速率达到最大值.Feitz 等人[23]进行了在不同p H值、光照等条件下光催化降解提取藻毒素的研究,发现MC2L R分子的光催化降解过程受p H值变化的影响较明显,证明最大降解速率出现在p H=315处,在高p H值下, MC2L R降解速度减缓.MC2L R分子的降解与其在纳米TiO2粒子的表面吸附关系密切,二者基本同步变化,完全符合非均相氧化的界面反应特征.MC2L R分子的光催化分解也随光照强度变化,紫外光照强度越大,降解速率越高.一个值得注意的现象是在365nm波长紫外光照和太阳光照的不同条件下,尽管紫外光的辐照能量较高,但太阳光照催化降解MC2L R分子却更为迅速.原因可能是由于提取毒素中含有藻蛋白等捕光色素以及某些腐殖质,这些物质对于催化剂半导体起到了敏化作用,扩大了激发光波长范围,使得太阳光中可见光部分也参与了TiO2光催化反应.312　光催化降解MC2L R动力学研究鉴于水体中微量藻毒素分析极为困难, Robertson[24]等研究了质量浓度约为自然水体1 000倍的纯MC2L R毒素的光催化降解动力学特性.结果表明,动力学曲线降解符合Langmuir2Hin2 shelwood机理,即r0=k0K ads c01+k0K ads c0式中,k0为降解反应常数;K ads为Langmuir吸附常数;c0为污染物初始质量浓度,实验测得k0= 19123μmol/(L・min).在质量比为1%的P25型TiO2悬浮体系中,280W的氙灯(波长330～450 nm)照射的反应条件下,质量浓度为8×104μg/L 的MC2L R分子在30min之内就被彻底分解,因此推测这一体系去除微量污染饮用水中低质量浓度的MC2L R毒素将更为高效.Shephard[25,26]等人分别在TiO2悬浮和负载2种光催化体系中研究了MC2L R的降解,对象是质量浓度为60μg/L,接近真实水体的MC2L R纯水溶液,研究表明,质量浓度降解符合准一级动力学反应模式.其中在TiO2负载量为815g/m2的固定化体系中,在p H=3左右,MC2L R降解反应的速率常数k1最大,为01255±01017min-1,降解半衰期为217min.MC2L R的降解动力学之所以出现2种不同模式,作者认为是由于2个试验体系中污染物质量浓度高低不同所致.高质量浓度体系中,TiO2粒子所提供的表面活性位点有限,反应由MC2L R分子的吸附步骤控制,整个降解过程呈现Langmuir2Hin2 shelwood方式;在真实水体的微量质量浓度体系中,TiO2粒子有足够的表面活性位点作为MC2L R 分子吸附和发生反应的场所,过程由污染物的初始质量浓度决定,所以呈现为准一级动力学反应模式.但并不能认为后一种情况中,仅仅依靠TiO2粒子的表面吸附就可以彻底去除藻毒素,因为非均相光催化降解是一个集有机物吸附、表面反应、脱附、液相中自由基反应于一体的体系.Langmuir2Hin2 shelwood方式拟合的光催化降解过程中吸附常数K ads往往要比黑暗吸附试验中直接测到的吸附常707第5期冯小刚,等:饮用水中微囊藻毒素污染及其光催化降解的研究进展数大2个数量级.313　MC 2L R 分子的光催化降解机理藻毒素的生理毒性是目前研究的热点问题,一般认为MCs 分子结构中,稳定的七员环肽结构极难分解,但真正表达生物活性的是芳香族氨基酸支链Adda ,破坏这部分结构就可以大大降低甚至完全消除毒性.从TiO 2光催化氧化方式的特点来看,Adda 结构的共轭双键极易被降解破坏.根据Law 2ton 等人[27]采用HPLC 2MS 手段对TiO 2光催化降解MC 2L R 分子过程的初步检测,首先是羟自由基・OH 进攻Adda 支链的共轭双键,使其中一个双键饱和并羟基化,生成产物2,3;其中产物2发生连接双羟基的键进一步断开,生成产物4;通过中间体6得到一个较稳定的醛基化合物5,而产物3可以直接得到5.降解步骤如图2所示.图2　MC 2L R 分子结构光催化降解示意图作者进一步研究了TiO 2光催化体系中加入少量氧化剂H 2O 2条件下的情况[28],发现MC 2L R 分子稳定的环肽结构会进一步发生降解,裂环生成一系列线性多肽小分子.314　光催化与其他强氧化剂结合研究均相高级氧化方法中的强氧化剂如H 2O 2加入TiO 2光催化体系,能产生氧化协同效应[29].①光催化体系空穴电子对复合现象大大减少,羟自由基・OH 含量显著提高;②紫外光激发使H 2O 2产生更多氧化自由基;③H 2O 2的引入,使TiO 2体系具备了反应面积增大等均相反应体系优点,污染物的降解效果比单独的TiO 2光催化或相应均相高级氧化都要好.在TiO 2光催化体系中加入氧化剂H 2O 2前后的不同条件下,Liu 等人[30]对比研究了MC 2L R 的降解效果.试验在质量比为1%的P 25型TiO 2悬浮体系和加入了体积比为011%H 2O 2的条件下进行,2种体系条件下MC 2L R 的质量浓度随着降解时间变化的结果如表1所示.表1　光催化系统中加入H 2O 2前后MC 2LR 降解效果的对比时间/minMC 2L R 质量浓度变化/(μg ・mL -1)MC 2L R 降解率/%TiO 2TiO 2/H 2O 2TiO 2TiO 2/H 2O 2010001000005144116331985169916107413180921610020281006097121003011447099191004501231100100 表1中数据证明微量H 2O 2的加入能够极大地加速MC 2L R 的光催化降解.试验对于2种条件下光催化处理后MC 2L R 水样也进行了生理毒性检验,证明TiO 2光催化协同H 2O 2与单独的TiO 2光催化相比,水样毒性消失的速度加快,酶活性抑制的缓解程度大大提高,时间缩短了10多倍.4　TiO 2光催化降解饮用源水中微量藻毒素MCs 的优点 1)TiO 2光催化技术材料安全无毒,条件温和,适合饮用水净化处理.2)光催化需要光照激发,水体浊度要求高,适合低质量浓度污染体系,微量藻毒素极易去除.3)光催化生成的羟自由基・OH 和紫外光具有强烈的抑止藻类生长和杀菌消毒的能力[31].4)除藻毒素外,光催化也可以去除饮用水中预氧化而产生的多种有害的微量卤代烃[32].5)自然源水中的腐殖酸、叶绿素等有机质是半导体TiO 2的光敏剂,可以促进藻毒素在太阳光照条件下的光催化降解[33,34].5　有待解决的问题饮用源水中的藻毒素污染存在着微量、顽固、种类复杂等特征,常规净水工艺难以有效清除.随着人们对饮用水质量要求的不断提高,在加强水源管理,跟踪监测水质的同时,探索一种有效的藻毒素处理技术已成为一个亟待解决的问题.作为一种新兴的有机物氧化降解技术,TiO 2光催化研究广泛涉及各种有机污染废水的降解处理,以其独特的优势不断向饮用水、空气净化等领域扩展.运用光催化反应深度处理微污染饮用源水,藻毒素降解效果极为明显,“三致”有机物、残存微生物等有害成分也能够一并清除.在目前研究基础上,应当考虑如何发挥这一技术优势并和传统净水工艺的操作单元结合,其他高级氧化方法如O 3/UV ,H 2O 2/UV ,H 2O 2/Fe 2+807东南大学学报(自然科学版) 第34卷(Fenton体系)也可以考虑引入这一体系,通过多项指标检测,建立一整套全面去除包括MCs、卤代烃、细菌微生物在内的多种杂质的安全饮用水处理模式.另外,在多种有机质和矿物离子并存的复杂自然水体环境中研究促进藻毒素直接、间接催化光解的因素,寻找有效的天然光敏剂,探索在太阳光照下的敏化光催化也是很有价值的研究方向.参考文献(R eferences)[1]Vasconcelos V M,Pereira E.Cyanobacteria diversity andtoxicity in a wastewater treatment plant[J].W at Res, 2001,35(5):13541357.[2]Pouria S,de Andrade A,Barbosa J,et al.Fatal micro2cystin intoxication in haemodialysis unit in Caruaru,Brazil [J].The L 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微囊藻毒素生物合成基因及其功能研究进展

微囊藻毒素生物合成基因及其功能研究进展摘要：水体富营养化加剧，导致了蓝藻水华在世界范围内频发。

蓝藻产生的微裳藻毒素是最常见的一种藻毒素，对人类和动物造成了很大的危害甚至导致死亡。

微囊藻毒素经非核糖体合成途径由多肽合成酶合成。

对微囊藻毒素的结构与性质、微囊藻毒素合成基因的功能及其生物合成、微囊藻毒素的分子生物学检测技术进行了评述，对未来的研究方向进行了展望。

关键词：微囊藻毒素；蓝藻：基因；检测随着社会的发展，生活及工农业生产中大量含氮、磷的废污水未经有效处理被排入水体中，导致水体富营养化，蓝藻等藻类成为水体中的优势种群，大量繁殖形成水华，蓝藻水华暴发带来的微囊藻毒素（microcystin，MC）污染已经成为全球关注的环境问题。

微囊藻毒素造成了众多中毒事件，对人类和动物的健康造成了很大的威胁。

深入认识微囊藻毒素，了解微囊藻毒素的结构、编码基因及其合成，有助于对微囊藻毒素进行有效的监测，对微囊藻毒素的合成进行干预，从而在监测、控制和消除等方面有效解决微囊藻毒素的危害问题，对水体环境的保护具有重要的现实意义。

1微囊藻毒素的结构与性质微囊藻毒素是一种单环七肽肝毒素，一般结构为环（D-Ala-X-D-MeASp/D-Asp-Z-Adda—D-Glu-Mdha）（图1）。

分子结构1位上是D-丙氨酸（D-Ala）；2、4位上的X和Z分别代表不同的氨基酸；3位上是D-赤-β-甲基天冬氨酸（MeAsp）；5 位上是（2S，3S，8S，9S）-3-氨基—9—甲氧基一2，6，8-3甲基-10-苯基-4，6-_烯酸（Adda）；6位上是D一谷氨酸（D-Glu）；7位上是N一甲基脱氢丙氨酸（Mdha）。

其中.Adda是一种特殊氨基酸，是毒素活性表达所必需的基团，其结构改变会导致毒性减弱或丧失。

因为结构中存在可变氨基酸，所以微囊藻毒素有多种异构体，目前发现的已经超过90种。

其中最普遍、毒性较大的是MC-LR、RR和YR（L、R、Y分别代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸）。

富营养化原水中微囊藻毒素分析与去除方法及氧化降解机制研究

富营养化原水中微囊藻毒素分析与去除方法及氧化降解机制研究富营养化原水中微囊藻毒素分析与去除方法及氧化降解机制研究导言：水是人类生存和发展的基本需求，但随着人口增长和工业发展，水资源的污染日益严重。

由于人为活动和环境因素的影响，水中微囊藻毒素的污染问题日益突出。

微囊藻毒素是一类由蓝藻属和绿藻属产生的环境毒素，对人体健康和生态系统安全带来严重影响。

因此，开展富营养化原水中微囊藻毒素的分析与去除研究具有重要意义。

一、富营养化原水中微囊藻毒素的分析方法微囊藻毒素具有高毒性和易溶于水的特点，因此需要对富营养化原水中的微囊藻毒素含量进行准确测定。

目前常用的微囊藻毒素分析方法主要包括酶联免疫吸附测定法、高效液相色谱法、质谱法等。

其中，酶联免疫吸附测定法通过抗原与微囊藻毒素结合反应来检测样品中微囊藻毒素的含量，具有灵敏度高、重复性好的优点。

高效液相色谱法和质谱法则可以实现对微囊藻毒素的定性和定量分析。

二、富营养化原水中微囊藻毒素的去除方法针对富营养化原水中微囊藻毒素的去除问题，研究人员提出了多种方法，包括物理方法、化学方法和生物方法。

物理方法主要包括超滤、活性炭吸附等，可以实现对微囊藻毒素的去除和分离。

化学方法主要包括氧化法、还原法等，通过氧化剂或还原剂来分解和去除微囊藻毒素。

生物方法则是利用微生物对微囊藻毒素进行生物降解。

三、氧化降解机制研究氧化降解微囊藻毒素是当前研究的热点之一。

通过对微囊藻毒素的化学性质和降解机制的研究，可以实现高效、快速而环境友好的微囊藻毒素去除。

目前常用的氧化降解方法主要包括过氧化氢氧化法、高级氧化过程（AOPs）等。

过氧化氢氧化法通过添加过氧化氢来氧化降解微囊藻毒素，具有简单、经济的特点。

而AOPs则是基于光化学原理，通过紫外光、臭氧等来产生高级氧化物并分解微囊藻毒素。

这些方法在微囊藻毒素去除中显示出了较好的效果。

结论：富营养化原水中微囊藻毒素的分析和去除是解决水资源污染问题的重要研究方向。

微囊藻毒素消除的研究进展

适应性使之能与毒藻共存。廖婉琴等［１一步对鲢鱼可进
溶性ＧＴ（ＧＳ）因ｃＡ全序列与５调控区进行克隆与ＳｓＴ基ＤＮ ’ 分析，鲢鱼克隆得到淡水鱼类微囊藻毒素去毒酶基因５侧在 ’ 翼区８８ｂ序列，现与哺乳动物及海水鱼ｓＴ基因不同，７ｐ发ＧＳ其５侧翼区存在多个脂多糖反应元件（ＰＲ）表明来源于ＬＳＥ，毒藻的脂多糖可能对鲢鱼微囊藻毒素去毒酶基因表达有潜在调控作用。ｌ２３水生植物对ＭＣ＿．ｓ的降解和转化化感抑藻的研究基
【述】综
微囊藻毒素消除的研究进展
许莹，榕仙，志坚许胡
摘要：本文总结近年来国内外微囊藻毒素消除方法的研究进展，微囊藻毒素传播途径：源、厂、内的角度阐从水水体
述了传统消除方法和新近生物降解法、物姜黄素等对微囊藻毒素的消除作用。药关键词：微囊藻毒素；源卫生；物降解水生
浓度在１ｇＬ以下，藻细胞中毒素的含量可高出其１０万０“ ／而０倍左右。虽然在天然水体中的毒素会被稀释，当大面积严重但的藻类水华发生后使水体中的藻毒素浓度高达每升毫克水平时，威胁人和动物的饮用水安全＿。目前，统的水处理工将１］传艺很难将ＭＣ彻底去除。因此，年来国内外学者们对微囊ｓ近

微囊藻毒素研究的当前进展和未来方向

第35卷第3期水生生物学报Vol. 35, No.3 2011年5月ACTA HYDROBIOLOGICASINICAMay, 2 0 1 1收稿日期: 2010-10-04; 修订日期: 2011-02-23基金项目: 国家自然科学基金项目(30771827, 20777067); 国家科技重大专项(2008ZX07421-001)资助作者简介: 王昊(1987—), 男, 江苏宜兴人; 硕士研究生; 研究方向为分子毒理学。

E-mail: whyx2009@ 通讯作者: 徐立红, E-mail: xulihong@DOI: 10.3724/SP.J.1035.2011.00504微囊藻毒素研究的当前进展和未来方向王昊徐立红(浙江大学医学院生物化学与遗传学系, 杭州 310058)THE CURRENT DEVELOPMENTS AND FUTURE DIRECTIONS IN MICROCYSTINSSTUDYWANG Hao and XU Li-Hong(Department of Biochemistry and Genetics , School of Medicine , Zhejiang University , Hangzhou 310058, China )关键词: 微囊藻毒素; OATP; 关键被攻击分子; 氧化损伤, 内质网应激; 抗肿瘤药物Key words: Microcystin; OATP; Key attacked molecular; Oxidative damage, ER-Stress; Antineoplastic 中图分类号: X171.5 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2011)03-0504-12蓝藻是一种广泛分布于全世界水体中的光能自养型微生物, 其特点之一是所产生的特殊次级代谢产物藻毒素对于许多物种都有毒性作用。

在正常生态环境中, 水体中蓝藻数量维持在正常范围。

微囊藻毒素的检测及其治理研究进展

微囊藻毒素的检测及其治理研究进展微囊藻毒素是水体富营养化发生后产生的最大危险物质之一，对人体健康有极大的危害。

文章主要从藻毒素的危害、致毒机理、分析检测方法及其去除方法等方面，对近年来对藻毒素的研究进展进行介绍。

标签：微囊藻毒素；检测；去除方法微囊藻毒素（MC）是由微囊藻（Microcystis）、浮游蓝丝藻（Plankt othrix）、鱼腥藻（Anabaena）和颤藻（Oscillat oria）等淡水藻类产生的环七肽肝毒素[1]。

微囊藻毒素是”水华”产生的最大危险物质之一。

它不仅直接污染饮用水源，还可以在水生生物中富集，通过食物链而进入高等级生物体内，直接威胁人类的健康和生存。

1 微囊藻毒素的致毒机理根据藻毒素对生理系统、器官和细胞等主要器官的不同影响，一般分为肝毒素、神经毒素和接触、肠胃刺激性毒素。

有报告指出藻毒素可能促进肿瘤的发生[2]。

微囊藻毒素可以促进机体内脂类物质过氧化反应，破坏机体氧自由基的产生与清除的平衡，而体内自由基和许多疾病和外源性损伤的病理过程都有关联[3]。

2 微囊藻毒素的检测方法水环境中MC的分析检测是研究其在水环境中分布和迁移规律以及去除方法的基础。

目前MC的检测方法可以简单分为：生物检测法、免疫检测法、蛋白磷酸酶抑制法、色谱分析法和聚合酶链反应（PCR）分析。

2.1 生物检测法生物检测法分为动物实验和细胞学实验。

动物实验是通过研究藻毒素对动物的急性毒性作用来验证其毒理效应。

但其缺点是不能进行定性分析，且检测灵敏度不高。

细胞学实验是利用原代肝细胞来检测藻毒素，可大大减少受试动物的使用量，同时受试细胞的同质性还可避免在动物实验各出现的个体差异，缺点是对操作者要求较高，要求操作人员掌握一定细胞培养技术。

2.2 色谱分析法分析MC的色谱技术包括高效液相色谱（HPLC），液相色谱-质谱联用分析（（LC-MS），毛细管电泳技术（CE）等。

高效液相色谱（HPLC）是环境监测不可或缺的技术支撑，对藻类毒素及其同系物可做到定性和定量分析，是了解藻类毒素化学性质和结构的重要手段。

微囊藻毒素降解方法研究进展

ＭＣ是一类环状七肽化合物，结构为环一其
１ＭＣ结构．１
的胞外溶解性毒素嘲Ｌｍｅ等发现，；ａｂｒｔ将活性炭滤池与常规
净水单元组合，以脱除８％以上的Ｍ，可０Ｃ出水残留毒素低
（一氨酸＿＿一一Ｄ丙Ｌ＿６甲基＿一天冬氨酸＿—＿—＿ｄ－赤Ｄ异ＬｚＬｚＡａＤ一异谷氨酸一脱氢丙氨酸）其中，甲基。环肽结构中含有和ｚ两个可变的氨基酸基团（１【其中，图）。共轭二烯支链Ａｄｄａ（氧基＿甲氧基－，，三甲基一一基４，一烯酸）３９．２６８１苯０６二是表达藻毒素生理活性的结构；和ｚ在不同的ＭＣ变型中代
ｓｍｍａｉｅＮｅｓｒｖｎｉｅｔｎｒｌｏｐｔｆｒｒｏｅａｅＭｉｒｓｓｉｓｕｒｚｄ．ｗｔｉｉｇｄｒｃｉｓａｅａｓｕｏｗａｅｔｒｓｃｏｙｔ．ｏｎ
ＫｅｏｄＭｉｏｙｔｓＣ；ｏｉｔ；ｅｒｄｔｎｍｔｄｙｒｓｗｃｃｓｎ（）ＴｘｉＤｇａｏｅｏｒｉＭｃｙａｉｈ
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微囊藻毒素降解方法研究进展
Ｄ－ｌ（ｓ）Ｇｕｉｏ
遍存在的两种典型微囊藻毒素Ｍ－Ｒ和Ｍ－Ｒ有很强的ＣＲＣＬ

富营养化水体中微囊藻毒素的降解方法研究进展

富营养化水体中微囊藻毒素的降解方法研究进展邓方;万新军【摘要】Microcystin(MCs) is a most common algal toxin in eutrophic fresh water body, the presence of MCs in drinking wa-ter may lead to the cancer of human beings, which threatens people’s health. This article reviews the structure of microcystin toxins in nature, the degradation methods of microcystins, including physical methods, chemical methods and biological meth-ods, and the research progress of the microcystin degradation methods.% 微囊藻毒素(Microcystins，MCs)为富营养化水体中最常见的藻类毒素，其在饮用水中的存在可以导致人类癌症，因此对人们的健康构成了严重威胁。

本文介绍了微囊藻毒素的结构和理化性质，综合比较了目前微囊藻毒素的各种降解方法，包括物理法、化学法和生物法等，同时讨论了微囊藻毒素降解最新的研究进展。

【期刊名称】《巢湖学院学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】5页(P61-65)【关键词】微囊藻毒素;降解方法;研究进展【作者】邓方;万新军【作者单位】巢湖学院，安徽巢湖 238000;巢湖学院，安徽巢湖 238000【正文语种】中文【中图分类】Q-31天然水体富营养化已成为我国乃至世界所面临的重大环境污染问题。

由于社会经济的发展，我国的湖泊富营养化程度在40年内增加了60倍，有超过60%的天然淡水湖泊存在着不同程度的富营养化污染现象[1-2]。

微囊藻毒素生物学功能的研究进展

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第2期2023年4月V ol.18,No.2Apr.2023㊀㊀基金项目:国家重点研发计划水华蓝藻合成微生物控制系统构建与应用 (2018YFA0903000);烟台大学研究生科技创新基金(GGIFYTU2228)㊀㊀第一作者:张紫馨(1999 ),女,硕士研究生,研究方向为药学,E -mail:********************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:**************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220715001张紫馨,王寅初,刘钦弘,等.微囊藻毒素生物学功能的研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(2):128-140Zhang Z X,Wang Y C,Liu Q H,et al.Research progress on biological function of microcystins [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(2):128-140(in Chinese)微囊藻毒素生物学功能的研究进展张紫馨1,王寅初2,3,刘钦弘1,焦绪栋2,3,王璐1,*1.烟台大学药学院,烟台2640052.中国科学院烟台海岸带研究所,烟台2640033.中国科学院海洋大科学研究中心,青岛266071收稿日期:2022-07-15㊀㊀录用日期:2022-11-24摘要:在全球气候变化的大背景下,藻类水华暴发愈加频繁,产生的藻毒素对人类和动物的健康造成了严峻的威胁,其中以微囊藻毒素最为突出㊂阐明以微囊藻毒素为代表的藻毒素产生的原因无疑对水环境治理具有长远意义,然而微囊藻毒素的生物学功能至今尚不明确㊂微囊藻毒素的产生和多种环境条件相关,而微囊藻中也只有部分是产毒株系㊂尽管该毒素的毒理学靶点主要在人类和其他哺乳动物的蛋白磷酸酶,然而结合进化生物学和地质历史的证据可知,微囊藻毒素的出现比包括哺乳动物在内的后生动物的起源要早得多,因此微囊藻毒素并非藻类为了防御后生动物摄食而进化出来的,这引发了该毒素原本生物学功能的多年广泛研讨㊂本文综述了近年来关于微囊藻毒素生物学功能的新进展,并侧重在地质历史及当今全球气候变化背景下讨论该领域的研究意义㊂关键词:微囊藻毒素;蓝藻水华;生物学功能;全球气候变化文章编号:1673-5897(2023)2-128-13㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AResearch Progress on Biological Function of MicrocystinsZhang Zixin 1,Wang Yinchu 2,3,Liu Qinhong 1,Jiao Xudong 2,3,Wang Lu 1,*1.School of Pharmacy,Yantai University,Yantai 264005,China2.Yantai Institute of Coastal Zone Research,Chinese Academy of Sciences,Yantai 264003,China3.Center for Ocean Mega -Science,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,ChinaReceived 15July 2022㊀㊀accepted 24November 2022Abstract :Under the background of global climate change,algal bloom outbreaks are becoming more frequent,and the production of algal toxins pose a serious threat to human and animal health,among which microcystins are the most prominent.Elucidating the cause of algal toxins represented by microcystins is of great significance to water environment management in the long run.However,the biological function of microcystins is still unclear.The pro -duction of microcystins is related to a variety of environmental conditions,and only some of Microcystis strains are toxin -producing.Although the toxicological targets of the toxin are mainly protein phosphatases in human and mammalian,evolutionary biology and geological history suggest that microcystins emerged much earlier than the第2期张紫馨等:微囊藻毒素生物学功能的研究进展129㊀origin of metazoans,including mammals,and thus was not evolved by algae as a defense against metazoan feeding. This led to years of extensive researches on the original biological function of the toxins.This paper reviews recent advances in the biological function of microcystins and highlights their significance in the context of geological his-tory and current global climate changes.Keywords:microcystin;cyanobacterial bloom;biological function;global climate changes1㊀微囊藻毒素的毒理与地质历史(Toxicological and geological history of microcystins)1.1㊀微囊藻毒素的生物毒性蓝藻是一种光自养的原核藻类,常见于世界各地的多种水环境中㊂蓝藻会在富营养化水体和特定环境条件下容易发生过度生长,形成水华㊂全球性气候变化带来的全球性升温㊁二氧化碳浓度升高㊁紫外线辐射增强㊁极端天气发生概率加大导致蓝藻在全球性气候变化过程中相对其他藻类更具有竞争优势,致使蓝藻水华发生的频度加大[1]㊂水华蓝藻常常能够产生多种有毒性的藻毒素,微囊藻毒素(microcystins,MCs)是其中一种最广泛报道㊁也对人类健康威胁最大的蓝藻毒素㊂MCs普遍地由世界各地水环境中形成水华的蓝藻产生,如固氮的鱼腥藻(Anabaena)㊁节球藻(Nodularin),非固氮的微囊藻(Microcystis)㊁颤藻(Oscillatoria)等[2]㊂MCs的一般结构为环状(D-Ala1-X2-D-MeAsp3-Z4-Adda5-D-Glu6-Mdha7),其中X和Z是可变的L-氨基酸,D-Me-Asp代表D-β-甲基天冬氨酸,Adda 是(2S,3S,8S,9S)-3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基癸-4,6-二烯酸,Mdha是N-甲基脱氢丙氨酸(图1)㊂可变的亚基组合使得天然MCs存在超过100个异构体[3]㊂MCs对周围环境中的植物存在一定的植物毒性㊂很多水生植物可以吸收微囊藻毒素并使其在体内累积,若长时间暴露于受藻毒素污染的水体,MCs 会穿过根膜屏障,在植物组织内部转移并积累到不同的器官中,通过诱导氧化胁迫或抑制真核生物蛋白质的合成来影响水生植物的生物代谢(如生长㊁光合作用和酶系统)[4-5]㊂此外,MCs激活植物防御反应的同时也会导致光合作用速率降低[6]㊂但到目前为止,它们对植物细胞的毒性分子机制尚未明确㊂MCs对人类与哺乳动物能够产生强烈的毒性[7]㊂蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程由磷酸化酶和激酶催化,能够调控细胞内的蛋白质活性,异常抑制这些酶对细胞的稳态会产生重大影响㊂MCs对丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白磷酸酶的PP1和PP2A 有很强的共价结合力,但对PP2B影响较小,MCs通过与PP1和PP2A结合抑制其活性(图2为LR型MCs与蛋白磷酸酶PP1的结合示意图)㊂MCs对动图1㊀微囊藻毒素的一般结构注:在MC-LR中,X表示L-亮氨酸,Z表示精氨酸,R1和R2表示CH3㊂Fig.1㊀General structure of microcystinsNote:In MC-LR,X stands for L-leucine,Z stands for arginine,and R1and R2stand for CH3.130㊀生态毒理学报第18卷物的急性毒性也是通过抑制蛋白磷酸酶,导致蛋白的过度磷酸化和细胞骨架的改变,失去对促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)旁路的负调控作用,造成细胞形态的丧失,最终使肝内出血或肝功能不全[7]㊂除此之外,MCs 还会通过诱导氧化应激反应㊁诱导中性粒细胞衍生趋化因子等分子机制,来诱导细胞凋亡,造成机体损害[8]㊂MCs 的污染造成人类死亡的首次报道是1996年在巴西Caruaru 市,医院的血液透析用水被MCs 污染,造成至少76人发生肝功能衰竭症状,最终导致死亡[9]㊂近年来,MCs 多次在全球范围内直接或间接影响人类健康㊂我国的太湖㊁长江等水域20多年来一直遭受蓝藻水华的困扰,甚至在2015年检测出太湖和巢湖地区的MCs 超出国标2600倍[10-11]㊂美国五大湖流域发生严重的蓝藻水华并造成牲畜死亡,其中占主导地位的产毒蓝藻就是产生MCs 的微囊藻属[12]㊂近期,在希腊塞尔迈湾的紫贻贝(Mytilus galloprovincialis )养殖地也首次检测到MCs 的存在[13]㊂因此,治理微囊藻水华及其释放的藻毒素污染是一个全球范围内的重要课题㊂图2㊀MC-LR 与蛋白磷酸酶PP1结合示意图Fig.2㊀The binding diagram of MC -LRand protein phosphatase PP11.2㊀地质历史上的藻毒素与生物大灭绝全球气候变化不仅会由人类活动而导致,在地球历史上流星撞击或火山喷发等自然原因或偶然事件也都会造成全球气温升高㊁海平面上升和CO 2浓度升高等变化㊂这些气候变化被认为能够直接或间接地促进海洋和淡水环境中大规模藻类水华的发生[14-15]㊂通过对显生宙5次生物大灭绝时期的岩石记录进行研究(表1),发现除了白垩纪末期生物大灭绝(其主要归因于小行星撞击地球[16]),其他几次显生宙生物大灭绝事件都和叠层石丰度的增加存在一定关联性,而且与全球气温变化和海平面变化有关㊂对此,Castle 和Rodgers [17]提出假说,频繁而大规模的藻类水华是造成水环境缺氧的主要原因,流星撞击或火山喷发引发的全球气候变化也促成了水华过程中藻毒素的大量释放,继而引起了显生宙的几次生物大灭绝㊂2㊀微囊藻毒素的生物学功能(Biological functions of microcystins )目前的已有研究结果表明,MCs 等藻毒素的产生,并非针对人类和哺乳动物㊂Rantala 等[25]对MCs 合成酶编码基因的系统发育分析表明,藻类合成MCs 的能力要早于后生动物的起源,更是远远早于哺乳动物和人类的出现㊂因此可以确定,MCs 对于哺乳动物和人类的毒性是偶然的,并不是该毒素原本的生物学功能㊂鉴于此,近20年来,国际上对MCs 生物学功能的探索和争论持续至今[26-29]㊂2.1㊀作为化感物质增强竞争力由于蓝藻水华的有害影响在很大程度上是通过产生毒性化合物造成的,因此Wang 等[30]认为水华是借助了这些藻毒素,才会达到如此高的细胞密度[31]㊂一种可能的机制是MCs 能够保护蓝藻免受病原体㊁寄生虫或捕食者的侵害㊂这一机制得到了一些研究的支持,产毒藻株不太受捕食者的青睐,并且捕食者的存在也可能会诱导毒素的产生[32-33]㊂第2种可能的机制是藻毒素的主动释放可能会抑制竞争物种的生长或生存[33-34]㊂这种由化学物质介导的干扰性竞争现象被称为化感作用[35]㊂有研究认为MCs 的产生可能与多种浮游植物之间的化感作用有关,因此,MCs 被认为是一种化感物质[36]㊂实验结果表明,MC -LR 对莱氏衣藻(Chlamydomonas reinhardtii )细胞活力有明显的化感抑制作用㊂MC -LR 在暴露开始阶段显著上调抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)的蛋白丰度,并伴随着H 2O 2的过度积累㊂这表明MC -LR 可以通过氧化损伤来抑制细胞活性[37]㊂铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa )的产毒藻株在营养充足和光照不受限制的条件下,与近头状尖胞藻(Pseud -okirchneriella subcapitata )和镰形纤维藻(Ankistrodes -mus falcatus )共培养时,2种藻的生物量均低于其单第2期张紫馨等:微囊藻毒素生物学功能的研究进展131㊀独培养时的生物量㊂这表明,藻毒素作为一种化感物质,使铜绿微囊藻在与其他物种竞争时处于有利地位[38]㊂在对铜绿微囊藻和韦森伯格氏微囊藻(Mi-crocystis wesenbergii)之间的化感作用进行实验时,加入铜绿微囊藻的无细胞滤液对韦氏微囊藻的生长有抑制作用,说明铜绿微囊藻对韦森伯格氏微囊藻具有明显的化感抑制作用[39]㊂无论是微囊藻毒素纯品还是蓝藻提取物,都对多种受试硅藻(Fistulifera pelliculosa等)和红藻(Chroothece richteriana)的光合速率产生影响,进而抑制其生长[40]㊂微囊藻与鱼腥藻(Dolichospermum)的共培养存在化感抑制作用,但精确的生长效果会因菌株或种类而异,并受到营养条件的影响[41-42]㊂另外,长期暴露于MC-LR(49.1~98.3μg㊃L-1)下,水生植物蒲草(Typha angustifolia Linn)受氧化胁迫严重,非气孔限制或气孔限制对光合作用系统的影响明显,导致光合作用速率下降[37]㊂MCs也会通过影响细胞膜功能㊁诱导氧化应激等机制,来抑制水生植物黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)的生长[43]㊂但对MCs与动物之间化感作用的研究仅在典型的水华高细胞浓度下发现显著影响,而进行较低细胞浓度条件实验时,没有检测到化感作用㊂除此以外也有一些研究结果否定了MCs作为抵抗动物摄食的化感物质的可能[44]㊂系统发育学研究发现, MCs的合成基因在蓝藻进化过程中一直存在,且早于后生动物的出现[45],于是否定了它抵御浮游动物摄食的功能[25,46]㊂因此,MCs作为化感物质来抵御动物摄食的观点并不被学界广泛接受㊂2.2㊀参与调节光合作用光照是MCs生物合成的一个重要影响因素,研究表明细胞需要活跃的光合作用才能产生更多的毒素,这说明MCs与光合作用之间存在一定的联系㊂Zilliges等[47]研究发现,在高光强下MCs通过其N-甲基脱氢丙氨酸部分与蛋白磷酸酶靶标的半胱氨酸形成稳定的硫醚键,与卡尔文循环的光合活表1㊀与5次生物大灭绝相关的藻类生物量增加的证据Table1㊀Evidence for increased microbial activity associated with mass extinctions时期Geological age证据Evidence参考文献Reference奥陶纪末期End Ordovician美国大盆地:微生物叠层石在大灭绝的地层之上American Great Basin:Microbial stromatolites are above the extinct strata[18]泥盆纪晚期Late Devonian加拿大阿尔伯塔省:大规模凝块石与核形石Alberta,Canada:Massive curdstones and nucleolites中国:碳酸盐岩台地序列中含有微生物粘结岩㊁叠层石㊁凝块石China:Carbonate terrace sequences contain microbial cementites,stromatolites,and tartites[18-19]二叠纪末期End Permian日本西南部:三叠纪初期在浅海碳酸盐堆积物中记录到繁盛的蓝藻Southwest Japan:Cyanobacteria were recorded inshallow sea carbonate deposits in the early Triassic Period中国贵州:蓝藻的光合作用为无脊椎动物提供了避难所Guizhou,China:Photosynthesis of cyanobacteria provides a refuge for invertebrates意大利㊁亚美尼亚㊁土耳其㊁伊朗㊁格陵兰(丹麦属地)和加拿大等地发现了广泛而丰富的藻类叠层石Extensive and abundant algal stromatolites have been found in Italy,Armenia,Turkey,Iran,Greenland(Denmark),Canada,and other places[20-22]三叠纪末期End Triassic 加拿大不列颠哥伦比亚省:蓝藻的扩张与大范围海洋层化造成的生物大灭绝同时发生British Columbia,Canada:The expansion of cyanobacteria coincidedwith mass extinctions caused by widespread ocean stagnation中国长江流域:恶劣的海洋环境阻碍后生动物的扩张并刺激微生物的繁殖Yangtze River,China:Harsh marine environment hinders the expansion ofpost-physiology and stimulates the reproduction of microorganisms[23-24]白垩纪末期End Cretaceous 无No132㊀生态毒理学报第18卷性酶结合发生相互作用,显示了野生型比突变株更加耐受高光强的优势㊂Wang等[48]为了研究铜绿微囊藻的光合作用速率与MCs产量之间的关系,在不同铁处理条件下对铜绿微囊藻进行了培养㊂实验验证,铁可以促进铜绿微囊藻的光合作用能力和促进MC-LR的产生,但不是以剂量依赖的方式㊂并且,光合作用能力与MCs产量呈显著正相关㊂由于铁的变化会通过影响电子传递链而抑制ATP的产生,进而改变微囊藻毒素合成基因的表达,这表明MCs 的产生在很大程度上依赖于光合作用的氧化还原状态和能量代谢㊂García-Espín等[40]的实验结果显示, MC-LR纯品和蓝藻提取物都会促进或抑制被测藻类的光合作用活性㊂这种光合作用速率的变化可能与MCs通过产生更多的光合色素而影响光合作用系统有关㊂另外,在高光强的环境条件下,细胞会发生氧化应激,MCs可提高核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBisCO)的活性,降低胞内氧气浓度,耗费高光合速率积累的能量,从而避免氧化损伤[37,47]㊂2.3㊀有助于藻类适应环境变化水温在3~27ħ的范围内,蓝藻生物量在18ħ以下随温度升高而增加,但随后随温度的进一步升高而迅速下降㊂环境中的MCs浓度与温度密切相关,且在20~25ħ之间升高最多,这与蓝藻生物量的下降同时发生㊂并且产毒藻株比无毒藻株更容易在底泥中存活[49]㊂在富营养化的太湖,生物量受季节变化影响比较显著的蓝藻就包括微囊藻[50],其四季的相对丰度分别为19.6%㊁39.1%㊁75.6%和15.0%[51]㊂在夏季水温较高时,微囊藻提高光合速率会导致氧化应激,蓝藻生物量降低的同时产生大量MCs以维持自身生物量㊂Wang等[52]的研究也显示,大多数底栖微囊藻群落可以依赖MCs的存在以维持正常的光合作用速率,来度过冬季较为恶劣的环境㊂但Feng等[53]在研究复苏阶段毒素对微囊藻的影响时,并未发现高产毒微囊藻具有较高的复苏率,毒素含量较低的藻株反而复苏率略高㊂因此MCs有助于藻类越冬的观点还需要进行进一步研究㊂由于人类生产活动造成碱性含盐废水排放量的增加,会对多种水生生物造成影响㊂Yu等[54]的实验结果表明,低碱性盐度(EC=2.5mS㊃cm-1)有利于铜绿微囊藻的生长和MCs的合成和释放[55]㊂在中碱性盐度(EC=5mS㊃cm-1)时,铜绿微囊藻能够激活碱性盐耐受机制,通过增加光合色素含量,但不影响细胞的抗氧化防御系统和细胞超微结构,来保护细胞免受碱性盐胁迫㊂因而增强铜绿微囊藻的存活率㊂但过量的碱性盐(EC=7.5mS㊃cm-1)会对铜绿微囊藻产生毒性作用导致细胞死亡[56]㊂将产毒蓝藻培养在较低盐度水平(4g㊃L-1NaCl)时发现,这些蓝藻菌株可以诱导MCs的产生和ATP-柠檬酸裂合酶去磷酸化蛋白的表达[57]㊂由此可以说明,在一定的盐度范围内,产毒藻株可以通过调节MCs的释放,激活盐度耐受机制,来平衡并降低环境中盐度变化对自身的影响㊂李伟等[58]通过模拟人工酸雨,发现铜绿微囊藻产毒藻株FACHB905的细胞粒径在各个pH处理下都要明显高于无毒藻株FACHB469;同时,酸雨处理导致藻体有效光化学效率显著降低,生长速率受到抑制,细胞死亡,FACHB905表现出更强的抗逆性㊂推测MCs在对抗pH变化也发挥着一定的作用㊂有研究发现,在湍流条件下,MCs浓度(胞内和胞外)显著增加,最大值是静水中的3.4倍㊂强烈的湍流会增加水流的剪切力,导致细胞机械损伤或细胞溶解,造成细胞破裂和包括毒素在内的细胞内物质泄漏㊂短期的湍流条件有利于产毒微囊藻的生长,也导致了微囊藻毒性的增加[59]㊂2.4㊀有助于群落的形成Kurmayer等[60]通过对野外单个群体微囊藻的尺寸大小及产毒量分析发现,微囊藻的产毒量与群体大小呈正相关㊂这表明MCs很有可能参与了微囊藻群体的形成过程㊂此外,MC-RR暴露会上调4种多糖的生物合成基因(capD㊁csaB㊁tagH和epsL)并显著增加细胞外多糖的产生[61]㊂Sedmak和El-ersek[62]发现,MCs可以通过增加细胞浓度使细胞聚集;改变细胞通透性造成细胞体积增大;影响光合速率等多种机制参与水华的形成㊂Kehr等[63]在铜绿微囊藻中发现的一种凝集素(microvirin,MVN),它参与了微囊藻的细胞间识别与粘附过程㊂添加外源MVN,可观察到MVN缺失突变株产生明显的细胞聚集㊂在铜绿微囊藻NIES-478的培养试验中,花生凝集素(peanut ag-glutinin,PNA)处理后的细胞表现出更高的细胞铁摄取率㊁MCs产量以及细胞外碳水化合物在细胞膜中的积累[64]㊂基于在mcyB突变细胞中不能检测到MVN等多种证据,表明MCs和MVN之间存第2期张紫馨等:微囊藻毒素生物学功能的研究进展133㊀在功能关联[65]㊂MCs可能作为一种信号分子,并以这种方式影响MVN及其结合配体的表达[66]㊂相关实验以是否降解胞外的MCs为对照,发现释放到胞外的毒素被降解后,微囊藻群落生物量减小约50%,证实了MCs对微囊藻群体形态的维持具有重要作用[61]㊂2.5㊀作为信号分子传递信息Phelan和Downing[67]将集胞藻(Synechocystis sp.)PCC6803暴露于MCs中,结果表明在与环境相关的浓度下,MCs能被不产生藻毒素的细胞吸收,并定位在类囊体膜上导致PSⅡ(photosystemⅡ)活性下降㊂RT-PCR结果表明,MCs的信号传导效应在很大程度上取决于用于培养的光照条件㊂pksⅠ~pksⅢ基因簇对外源MCs最敏感,而对微囊藻毒素合成基因表达的自诱导效应可以忽略不计,并且仅在光的临界阈值以上观察到[68]㊂MCs在产毒细胞中对多种蛋白质具有调节的作用㊂微囊藻毒素合成基因缺失突变体ΔmcyB的蛋白质积累发生了显著变化,包括卡尔文循环中的几种酶㊁藻胆蛋白和2种依赖NADPH的还原酶(谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白-二硫键还原酶)㊂MCs 在细胞内能与这些蛋白质结合产生相互作用,并且在强光和氧化应激条件下,这种结合显著增强[47]㊂MCs对光合活性酶的作用在前文已有提及,是通过提高RuBisCO活性从而加快细胞光合速率㊂在类囊体膜中发现的MCs的百分比非常低,藻胆蛋白可能是具有这些寡肽结合位点的主要蛋白质,MCs通过与藻胆蛋白结合,增加其在微囊藻胞内溶胶的溶解度[69]㊂Schatz等[46]研究则发现,被动机械裂解的细胞释放的MCs可被存活的细胞接收信息,进而显著提高微囊藻毒素合成基因的表达及含量以提高其他细胞的存活率,表明MCs可作为种内细胞信息交流物质,提高其他存活细胞的适应性[70]㊂甘南琴等[71]也指出MCs可能参与胞内信号传递与基因调控㊂3㊀环境因素对藻毒素的影响(Effects of environ-mental factors on microcystins)3.1㊀影响藻毒素产生与分布的环境因素MCs的产生和环境变化有很强的关联㊂除了上述MCs能够帮助藻类适应环境变化(表2),反过来,MCs的生物合成也受到多种环境因素的影响,如光照[37,76]㊁温度[49,77]和营养物质[36,76,78]等㊂光照会直接影响微囊藻毒素合成基因的表达㊂紫外线照射可导致DNA㊁蛋白质或脂质的直接损伤,以及活性氧的积累,导致分子和细胞损伤㊂相比之下,却可导致MCs㊁氰肽蛋白等蛋白的产量增加㊂铜绿微囊藻暴露在逐渐增加的光强下或改变光质,MCs的胞外浓度增加[79]㊂紫外光照射不仅直接作用于膜系统的脂质并引起超微结构变化,而且对OEC和D1蛋白造成伤害,从而导致PSⅡ失活,同时可能通过氧化损伤来降解细胞内和细胞外的MCs[80]㊂一项比较铜绿微囊藻在3种不同温度(20㊁26和32ħ)下产生藻毒素的研究表明,随着温度的升高, MC-LR的水平不断升高㊂此外,铜绿微囊藻的产毒菌株在20ħ以上时更具竞争力[81]㊂温度升高10ħ会显著增加微囊藻毒素合成基因mcyB表达,从而增加MCs的合成[82]㊂温度的直接或间接影响是蓝藻群落产生的毒素空间分布㊁浓度的主要驱动因素㊂广义线性模型表明,毒素多样性指数随纬度的增大而增大,随水体稳定性的增大而减小㊂随着全球变暖的持续,湖泊温度升高的直接和间接影响将推动全球范围内蓝藻毒素分布的变化,可能会增加一些产毒物种或菌株的优势[81,83]㊂Taranu等[84]的实验证实,毒性较大的MC-LA和MC-LR的水平与气候因素相关,在中风和频繁降雨的中低营养水体显示MC-LA的百分比较高,而温暖㊁营养丰富的条件显示MC-LR和MC-RR的百分比较高㊂淡水水体中的蓝藻有害水华主要归因于水体富营养化,水体中的氮㊁磷含量也会对MCs有着一定的直接或间接影响㊂增加氮的供应将导致MCs产量增加,中低剂量(1~3mg㊃L-1㊃周-1)的氮水平促进了有毒蓝藻在湖泊中的优势地位以及MCs浓度的升高[85]㊂无论氮的形态如何,较低的碳氮比培养基都会使微囊藻产生更高的MC-LR浓度[86]㊂产毒藻株的MCs产量与太湖中氨氮(NH3-N)浓度呈正相关,与洋河中总磷(TP)㊁总溶解磷(TDP)和磷酸盐(PO4-P)浓度呈正相关㊂这表明,影响太湖有毒蓝藻水华的主要营养因子是氮,而洋河则是磷[87]㊂3.2㊀全球气候变化下藻毒素问题的凸显蓝藻水华已成为全球最严重的水环境问题之一,已经对世界范围内的水生生态系统和人类公共健康造成了不可忽视的影响[88]㊂在全球气候不断变化的情况下,蓝藻水华的发生频率和危害范围也在日益增加,为防治藻毒素带来严峻的挑战[88-89]㊂134㊀生态毒理学报第18卷表2㊀微囊藻毒素的生物学功能及其机制Table2㊀Biological function and mechanism of microcystins功能Function机制Mechanism参考文献Reference化感作用Allelopathy 减少其他藻类生物量Reduce other algal biomass[38-41]引发氧化损伤Cause oxidative stress[37]降低光合速率Reduce photosynthetic rate[37]影响细胞膜功能Affect cell membrane function[43]参与光合作用Participatein photosynthesis影响参与光合作用的酶Affect enzymes involved in photosynthesis(1)与酶发生相互作用,使野生型微囊藻耐受高光Interact with enzymes to make wild-type microcystis tolerant to highlights(2)提高RuBisCO活性,避免氧化损伤Increase RuBisCO activity and avoid oxidative stress(3)产生更多光合色素Produce more photosynthetic pigments[37,40,47]不同铁浓度下,通过电子传递链抑制ATP的产生,进而影响微囊藻毒素合成基因的表达At different iron concentrations,the expression of microcystin synthesisgenes is affected by electron transport chains[48]加速碳积累使野生型微囊藻胞内碳水化合物含量高Accelerated carbon accumulation results in high intracellularcarbohydrate content in wild-type microcystis[72]帮助藻类适应环境变化Make algae adapt to environmental changes温度Temperature(1)适宜的温度范围内,产毒藻株比无毒藻株更易存活Within the right temperature range,MC-producing strains aremore likely to survive than non-MC-producing strains(2)高温和低温胁迫使MCs含量增加以维持正常的生物量High and low temperature stresses force the MCs content to increase to maintain general biomass溶解性无机碳(DIC)与藻类生物量和MCs浓度呈负相关Dissolved inorganic carbon(DIC)is inversely correlated with algal biomass and MCs concentrations碱性盐Alkaline salt中碱性盐度(EC=5mS㊃cm-1)会激活细胞的碱性盐耐受机制Medium alkaline salinity(EC=5mS㊃cm-1)activates the alkaline salt tolerance mechanism of cells盐度Salinity较低盐度诱导MCs的产生和ATP-柠檬酸裂合酶去磷酸化蛋白的表达Lower salinity induces the production of MCs and the expressionof ATP-citric acid lyase dephosphorylated proteinspH低pH时有毒藻株比无毒藻株的细胞粒径更大㊁抗逆性更强At low pH,MC-producing strains have a larger cell size and aremore resistant to stress than non-MC-producing strains水速Velocity of flow短期湍流条件造成细胞溶解,增加MCs的产生The production of MCs increases when the water flow is fast[49-51][73-74][54][57][58][59]。

光催化氧化法降解微囊藻毒素研究进展

光催化氧化法降解微囊藻毒素研究进展摘要近年来蓝藻水华现象日益严重，甚至威胁了人类饮用水的安全。

传统水处理技术对微囊藻毒素去除效果不明显，新型降解技术亟待研究。

概述了光Fenton氧化法、二氧化钛系列光催化氧化法的特点和类型，研究其应用进展，并提出未来光催化氧化法降解微囊藻毒素的主要研究方向。

关键词饮用水；微囊藻毒素；光Fenton氧化法；二氧化钛；降解近年来，大面积的蓝藻水华污染以及蓝藻细胞破裂释放出的具有高致癌性的微囊藻毒，严重影响了饮用水源的水质安全。

低剂量的微囊藻毒素残留就能引起人和动物的肝脏损伤，过量饮用会诱发肝癌甚至死亡。

根据我国2007年7月起实施的新版《生活饮用水标准》（GB5749-2006），饮用水中的微囊藻毒素含量的上限是1 μg/L[1]。

现有的传统水处理技术一般按照“混凝→沉淀→过滤→消毒”的工艺流程，能滤去未破裂的藻细胞及胞内毒素，但对于胞外毒素不起作用。

因此，探寻微污染水中微囊藻毒素的高效降解方法成为当下的紧要问题。

常规MC处理技术包括活性炭吸附，紫外光降解和化学氧化法，但各有局限性[2]。

高级氧化技术的操作条件易于控制且具有强氧化性，成为国内外学者的主要研究方向之一，主要包括光催化氧化法、湿式空气催化氧化法、（类）Fenton 试剂氧化法等。

其中，作为一种高效的水体净化技术，光催化氧化法的应用前景十分广阔。

1 光Fenton氧化法光Fenton氧化法是指在传统的Fe2+/H2O2的基础上加入紫外光及光化学活性物质以提高羟基自由基的产生速率。

一般包括UV/Fenton法和UV-vis/草酸铁络合物/H2O2法2种。

1.1 UV/Fenton法UV/Fenton法相当于普通Fenton法和UV/H2O2系统的复合，其作用机理是在普通Fenton系统的作用基础上，由于Fe（OH）2+络合物的存在使Fe2+与UV 具有协同作用，促进H2O2的分解，从而减少Fe2+的使用量，提高H2O2的利用率。

微囊藻毒素降解酶mlra的生物学特征及催化机理研究进展

修回日期：2019-10-14
通信作者：王华生（1977—），男，博士，副教授，wanghusheng2005@
第一作者：潘禹（1994—），男，硕士研究生，precious6y@
基金项目：国家自然科学基金项目(21467009)；江西省自然科学基金项目(20192BAB203017)
shown that some bacteria isolated from water bodies and sediments are capable of degrading MCs, which as an
efficient and environmentally friendly strategy for MCs removal. The critical enzyme identified in bacterial strains is
关键词：微囊藻毒素；酶；生物催化；MlrA；分子生物学
中图分类号：Q 71；X 52
文献标志码：A
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
文章编号： 0438-1157 （2020） 03-0945-10
Progress of biological characterization and mechanism of enzymatic
潘禹，王华生，詹鸿峰，孙缓缓
（江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州 341000）
摘要：蓝藻水华产生并释放的微囊藻毒素（microcystins， MCs）在自然环境中高度稳定，难以被传统水处理技
术有效去除，对饮用水安全及生态系统构成严重威胁。通过微生物代谢作用，可实现 MCs 的高效原位酶促降解。
degradation of microcystinase

环境水体微囊藻毒素微生物降解技术研究进展

孔赟徐向阳朱亮 3 3 徐京林海转
(浙江大学环境工程系 , 杭州 310058)
摘要湖库水体富营养化及其产生的藻毒素污染已对生态环境和人类健康构成极大威胁 , 而目前常规水污染控制技术存在一定的局限性 ,因此水环境中藻毒素处理新工艺亟待研发. 鉴于环境水体中的微囊藻毒素可被微生物降解为无毒或低毒的中间产物 ,本文综述了微囊藻毒素的降解菌株、生物降解过程影响因素与机理、降解产物及其结构特性等 ,总结了目前微囊藻毒素降解菌株在水环境修复中的应用 ,并对今后微生物降解微囊藻毒素的研究方向进行了展望 ,以期为解决我国日益严峻的湖库水体藻毒素污染和饮用水安全问题提供技术思路. 关键词微囊藻毒素微生物降解降解机理富营养化饮用水安全
表 1 藻毒素分类、毒性及产毒藻属 [ 10] Table 1 C la ssif ica tion and tox ic ity of cyanobacter ia l tox in s and produce tox ic a lgae[ 10]
藻毒素种类 Toxin category
产毒藻株 O riginated algae
Cylindrospermop sin 贝类毒素
Saxitoxin 类毒素 2a A na toxin2a
类毒素 2a ( s) Anatoxin2a ( s)
微囊藻、鱼腥藻、颤藻、念珠藻等 M icrocystis, A nabaena,
O scilla toria, N a
颤藻等
O scilla toria 鱼腥藻、束丝藻、颤藻等 A na2 baena, A phan izom enon, O scilla toria
肝脏 L iver 神经 N e rve 神经、皮肤 Nerve, skin

微囊藻毒素微生物降解途径与分子机制研究进展

微囊藻毒素微生物降解途径与分子机制研究进展一、内容描述微囊藻毒素(Microcystins,MC)是由某些单细胞藻类产生的一种具有高毒性的天然毒素，广泛存在于海洋环境中。

由于其对生态系统和人类健康的潜在危害，研究微囊藻毒素的微生物降解途径与分子机制具有重要意义。

近年来科学家们在这一领域取得了一系列重要进展。

首先研究人员发现了许多能够降解微囊藻毒素的微生物菌株，这些菌株主要包括细菌、真菌和病毒等，它们可以利用不同的酶类或代谢途径来降解微囊藻毒素。

例如一些细菌通过合成脲酶降解微囊藻毒素中的脲键，从而降低其毒性；真菌则通过降解微囊藻毒素中的脂肪酸酯来达到降解的目的。

此外还有一些病毒可以感染微囊藻并抑制其生长，从而间接地减少微囊藻毒素的产生。

其次科学家们揭示了微囊藻毒素降解过程中的关键酶和代谢途径。

研究表明微囊藻毒素的降解主要涉及多种酶的作用，如脲酶、酯酶、酰胺酶等。

这些酶在不同微生物菌株中具有特异性，可以有效地降解微囊藻毒素。

此外研究还发现，微囊藻毒素的降解过程受到环境因素的影响，如光照、温度、盐度等，这些因素可以影响微生物菌株的生长和代谢途径的选择。

研究人员还探讨了微囊藻毒素降解的分子机制，研究发现微囊藻毒素与微生物菌株之间的相互作用是影响降解效果的关键因素之一。

通过基因工程技术，科学家们已经成功地构建了一些具有抗性基因的微生物菌株，这些菌株可以在高浓度的微囊藻毒素环境中存活并进行有效的降解。

此外研究还发现，微囊藻毒素降解过程中的一些关键酶和代谢产物具有生物活性，可以作为药物或食品添加剂用于环境保护和健康促进等领域。

1. 微囊藻毒素的来源和危害微囊藻毒素是由某些单细胞藻类产生的一种有毒物质，主要存在于海洋中。

这些有毒藻类在生长过程中会分泌出微囊藻毒素，其中包括一些对人体健康具有极大危害的毒素，如艾氏藻毒素、汉氏氏藻毒素等。

微囊藻毒素具有极高的生物活性，能够破坏人体的细胞膜和线粒体功能，导致细胞死亡。

微囊藻毒素降解菌的筛选、鉴定及其降解活性研究

微囊藻毒素降解菌的筛选、鉴定及其降解活性研究钟升;吴涓;王光云【摘要】采用从巢湖水华蓝藻细胞中提取、提纯的藻毒素(Microcystins,MCs)为微生物生长的唯一碳源和氮源,通过平板分离纯化,从巢湖底泥中分离出5株能够降解藻毒素的菌株,并对其中降解活性较高的一株进行分子鉴定.应用PCR技术克隆到16S rDNA片段,核苷酸序列分析结果表明,该菌的16S rDNA的全序列与吉氏库特菌kurthia gibsonii strain HC050630C-1的相似性达99%.微囊藻毒素降解实验结果表明,用15mg/L乙醇作为外加碳源时可显著提高菌株M9降解MCs的能力,在48h内对初始浓度分别为17.1mg/L的MC-RR和11.3mg/L的MC-LR的降解率分别达到70.0%和81.6%.而葡萄糖对菌株M9的生长有明显抑制作用.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2010(027)006【总页数】5页(P57-60,64)【关键词】微囊藻毒素;筛选;鉴定;16S rDNA;生物降解【作者】钟升;吴涓;王光云【作者单位】安徽大学生命科学学院,合肥,230039;安徽大学生命科学学院,合肥,230039;安徽大学生命科学学院,合肥,230039【正文语种】中文【中图分类】X173随着社会工业化进程的加快,水体富营养化现象日益严重。

有毒蓝藻细胞破裂后释放出多种藻毒素(Microcystins,MCs),对人和动物的饮用水安全构成了严重的威胁,给人类健康带来巨大的隐患。

世界卫生组织(WHO)推荐饮用水中的MCs浓度标准为1μg/ L[1]。

目前,世界各地 25%～70%的蓝藻水华可产生MCs[2]。

由于微囊MCs有着环状以及间隔双键的结构,其物理化学性质非常稳定,在300℃高温下仍能保持很长时间不分解[3],因此传统的水处理工艺很难将其有效去除,一般的多肽分解酶也不能分解MCs[4]。

但自然界有一些特殊的微生物对MCs有一定的降解作用[1],MCs的生物降解以其成本低、安全性高、有利于生态修复等优点而成为一种非常有前途的方法。

环境微生物对水体中微囊藻毒素降解机制的研究进展

环境微生物对水体中微囊藻毒素降解机制的研究进展
张赫;徐文昌;袁燕;徐静怡;马燕天
【期刊名称】《渔业研究》
【年(卷),期】2024(46)3
【摘要】近年来,全球气候变暖和水体富营养化加剧导致蓝藻水华污染严重,而大部分蓝藻水华暴发后产生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)极具危害性,对人类健康和水生生态系统构成威胁。

有效控制和去除水体中的MCs已成为当前亟需解决的一项难题。

现有研究表明,微生物降解MCs具有高效和环保的治理效益。

因此,本文综述了MCs的产生、结构和毒性危害,并着重介绍了国内外学者在微生物降解MCs的酶促降解途径、降解基因和降解酶领域的研究进展;此外,还分析了微生物降解菌在水体生态修复中的潜在应用,并展望了对MCs的非mlr降解途径机制、优化表达MCs降解酶、构建高效双功能降解菌等未来研究方向,旨在为深入研究MCs 微生物降解机制并有效改善全球水体中MCs污染现状提供新思路。

【总页数】13页(P215-227)
【作者】张赫;徐文昌;袁燕;徐静怡;马燕天
【作者单位】江西科技师范大学生命科学学院;南昌大学生命科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】S94;X52
【相关文献】
1.水体中溶解性微囊藻毒素与藻类细胞内微囊藻毒素的关系研究
2.富营养化水体中微囊藻毒素的降解方法研究进展
3.环境水体微囊藻毒素的光催化降解途径与机制研究
4.官厅水库水体中微囊藻毒素及其与微囊藻细胞密度相关性研究
5.生物电Fenton系统氧化降解水体中微囊藻毒素-LR
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微囊藻毒素提取及其生物降解研究

---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 微囊藻毒素的提取及其生物降解研究水质下降、水体环境污染和富营养化问题日趋严重，特别是蓝藻水华问题在淡水湖泊的频繁爆发，已引起全球的关注。

在蓝藻死亡后，其细胞裂解，并向环境介质中释放多种不同类型的微囊藻毒素(MCs)，对人类产生危害。

因此需要建立快速、灵敏、稳定、高效的方法对环境介质中的微囊藻毒素进行定性、定量分析。

同时，需要进一步研究其生物降解机理，对已爆发蓝藻问题的水域进行治理。

本论文在比较有关研究蓝藻、微囊藻毒素研究的基础上，进一步验证和探究微囊藻毒素MC-LR的提取、纯化以及分析检测条件。

优化了固相萃取(SPE)结合高效液相色谱法(HLPC)分析水中的MC-LR的方法，主要确定了20%的甲醇为淋洗液、含有0.06%三氟乙酸(THF)的纯甲醇为洗脱液的MC-LR的SPE提取条件。

并初步探究了漆酶、锰过氧化物酶对不同浓度MC-LR的降解作用。

8110关键词微囊藻毒素、固相萃取、高效液相色谱、锰过1 / 15氧化物酶TitleStudy on the extraction and biodegradation of microcystinsAbstractThe deterioration of water quality,serious environmental pollution and eutrophicationof water, especially the high frequency of algal bloom in freshwater lakes, has attractedglobal attention. After the death of the cyanobacteria, the cells split and release varioustypes of microcystins (MCs) to the environmental media, which are harmful to humanbeings. Therefore, it’s needed to establish a rapid, sensitive, stable and efficient method---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------for qualitative and quantitative analysis of MCs in environmental media. At the sametime, a furtherstudy on itsbiodegradation mechanism is required, which is used forcontrolling algal bloom in lakes.On the foundationof the studies available on cyanobacteria and MCs,the3.3.2实验仪器133.2.3MC-LR的分析检测. 133.4漆酶对MC-LR的降解153.4.1实验材料153 / 153.4.2降解实验153.5锰过氧化物酶对MC-LR的降解16 3.5.1实验材料163.5.2降解实验164结果与讨论..164.1淋洗液浓度的选择. 164.2洗脱液浓度的选择. 184.3三氟乙酸(THF)浓度的选择.. 194.4漆酶对不同浓度的MC-LR的降解.. 19 4.5MnP对不同浓度的MC-LR的降解. 20 结论22---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ 致谢23参考文献..241绪论近些年来，由于许多自然和人为因素的影响，排入湖库的氮、磷等营养物质不断增加，致使水体富营养化状况加剧，进而导致各地水体蓝藻水华的暴发越来越频繁，规模也越来越大。

微囊藻毒素研究进展

微囊藻毒素研究进展摘要：微囊藻毒素(Microcystins，MCYSTs，MCs)为富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素，从毒理学、环境科学、生物学及化学等方面对MCs 巳的研究已有较多报道。

本文综述了MCs 的具体的概念、对生物的影响，并对关于MCs 在产生机理、分离检测方法和水理过程中的去除方法等方面的研究进展，并对目前研究的不足提出了几点意见。

关键词：微囊藻毒素，水华，毒素，藻类植物1. 前言日趋严重的水体富营氧化使水华(Water bloom)发生已成为全球性的环境问题。

我国多数淡水湖泊中形成水花的优势藻种，主要为有毒的蓝藻，这些毒藻可产生具有明显肝毒性的肽类物质，称为微囊藻毒素(Microcystins，MCYST)。

近年来，由于饮用藻毒素污染的水体，而导致家禽、野生动物中毒，甚至死亡的事件频繁发生，藻类毒素对人体健康的危害已引起了人们的关注。

我国的一些饮用水水源也已受到了有毒藻类的严重污染。

本文就微囊藻毒素对生物危害、采集、检测及去除微囊藻的方法作了简单的介绍，着重在于微囊藻毒素的产生与环境的关系的介绍。

2. 微囊藻毒素（MCYST）2.1 微囊藻毒素淡水藻类中，毒性最强、污染最广、最严重的是蓝藻门。

目前已肯定的有毒藻类有铜锈微囊藻、水华鱼腥藻、水华束丝藻、阿氏颤藻、泡沫节球藻及念珠藻等。

这些藻类不只产生一种毒素，如环境发生变化，一种藻类可产生几种毒素。

它是一种肝毒素，这种毒素是肝癌的强烈致癌剂[1]。

虽然在1878 年Francis就最早报道了泡沫节球藻会对动物产生毒害作用，但人们对藻类分子结构的认识还不满40 年。

1959 年Bishop首次分离出藻毒素后，不断有相关报道发表。

美国、日本、澳大利亚、印度、加拿大、芬兰等lO多个国家都曾报道了其湖泊、水库中有毒水华的形成，并分离出有毒藻株[2]。

我国的东湖、巢湖、太湖、滇池、淀山湖、黄浦江等饮用水水源及各种湖泊在夏秋季节藻类水华严重，每年长达7—8 个月，而天然水体蓝藻水华80％是产毒的[3]。