水华蓝藻毒素研究概述
蓝藻水华及其所产生藻类毒素的研究进展
28生物技术世界 BIOTECHWORLD蓝藻大约出现在距今33～35亿年前,目前人们所发现的蓝藻大概有2000种,在我国有记录的蓝藻约有900种,其遍布于世界各地[1]。
蓝藻是所有藻类生物中最简单、最原始的一类,蓝藻的细胞中央有核物质,虽然核物质内没有核膜和核仁,但其仍具有核的功能[2]。
其繁殖方式分为营养繁殖和产生内生孢子或外生孢子的无性生殖两种。
1 蓝藻水华的产生蓝藻水华的发生机理一直都是生态学领域所关注的热点问题。
经过多年来的不断探索,科学家们先后提出了几种可能性的理论或假说,从某些方面对蓝藻水华的产生进行了阐述。
(1)氮磷比假说Redfield 认为氮磷比为16时对藻类的生长是最适宜的[3],实验也证明了氮磷比为16时会出现束丝藻水华[4],其他学者所做的研究也从不同方面支持和补充这一说法,Smith [5]认为发生蓝藻水华时水蓝藻水华及其所产生藻类毒素的研究进展赵天琦 宋福强(黑龙江大学 黑龙江哈尔滨 150080)摘要:蓝藻水华已经成为人类所关注的重要环境问题之一。
在最近的几十年里,我国的湖泊生态系统受到损害,水体质量有所下降,我国的经济和发展受到一定的制约。
藻类毒素的产生是蓝藻水华带来的主要危害之一,有研究表明世界上25%～75%的蓝藻水华会产生藻毒素。
本文对蓝藻水华及其所产生的藻类毒素的种类、毒性作用等方面进行综合阐述,旨在为生态环境保护和人类健康提供理论依据。
关键词:蓝藻水华 藻毒素 毒性作用中图分类号:X52文献标识码:A 文章编号:1674-2060(2015)06-0028-02Advances in algae blooms and toxinsproduced by cyanobacteriaAbstract:China is one of the countries where cyanobacterial bloom happens most frequently and has the most extensive distribution. In recent decades,China’s economy and development has been restricted due to the damage of lake ecosystem, along with the harm to its function and declining water quality.The main harm that cyanobacterial bloom brings comes from algal toxins. Some research shows that algal toxins can be produced by 25%～75% of cyanobacterial bloom in the world. In this paper, the toxic effects of cyanobacteria toxins and other aspects of the comprehensive elaboration aims to provide a theoretical basis for environmental protection and human health.Key Words: cyanobacteria blooms; algal toxins;toxicity表1-1 常见的蓝藻毒素Table 1-1 Common cyanobacterial toxins蓝藻毒素 毒性靶器官 产毒蓝藻 环肽类微囊藻毒素（microcystin） 肝脏微囊藻（Microcystis） 鱼腥藻(Anabaena) 颤藻(Oscillatoria) 念球藻（Nostoc） 软管藻(Hapalosiphon) 项圈藻（Anabaenopsis） 节球藻毒素（nodularin） 肝脏 鱼腥藻(Anabaena) 颤藻(Oscillatoria)束丝藻（Aphanizomenon） 生物碱鱼腥藻毒素(anatoxin)神经突触鱼腥藻(Anabaena) 颤藻(Oscillatoria)束丝藻（Aphanizomenon） 污秽毒素(aplysiatoxin)皮肤 颤藻(Oscillatoria) 林氏藻（Lyngbya） 裂须藻（Schizothrix）筒胞藻毒素（cylindrospermopsin） 肝脏筒胞藻（Cylindrospermopsis Umezakia） 束丝藻（Aphanizomenon） 林氏藻毒素（lyngbyatoxin-a）皮肤，胃肠系统林氏藻（Lyngbya） 石房蛤毒素（saxitoxin） 神经轴突鱼腥藻(Anabaena) 林氏藻（Lyngbya）束丝藻（Aphanizomenon）筒胞藻（Cylindrospermopsis Umezakia）脂多糖类 能危害任何暴露的组织以上各种蓝藻都产生29BIOTECHWORLD 生物技术世界体中总氮磷比不超过29。
中国太湖蓝藻水华发生的生态学机制研究
中国太湖蓝藻水华发生的生态学机制研究
近年来中国太湖频繁出现蓝藻水华，给当地的生态环境和水资源带来了很大的
威胁。
为了探究这一问题，很多学者对太湖蓝藻水华发生的生态学机制进行了深入的研究。
首先，太湖水华形成的根本原因是水体富营养化，这一现象的产生是由于人类
活动和自然因素等多种因素综合作用的结果。
太湖周边的人口不断增多，随之而来的是大量的化学污染物、生活垃圾和废水排放。
这些垃圾和废水中包含了丰富的营养物质，如氮、磷等，这些养分在水中会转化为植物生长所需的有机物质，形成水体富营养化的现象。
其次，太湖水体富营养化的产生又加速了藻类生长的速度。
水华是以蓝藻为主的。
蓝藻是一种单细胞生物，其存在形式通常是细胞在水体中聚集，形成大量类似显微镜下观察到的绿色细胞。
太湖的富营养化使得水体中的营养物质含量非常高，对蓝藻的生长起到了极大的促进作用。
除此之外，太湖蓝藻水华的形成还与环境因素的影响有关。
在太湖生态系统中，夏季的气温和光照强度都非常高，这为蓝藻的生长创造了非常有利的环境条件。
此外，太湖的水体水动力学也非常重要，由于太湖的面积较大，因此水流运动较慢，这为蓝藻在水体中停留生长提供了足够的时间和空间。
总之，太湖蓝藻水华发生的生态学机制非常复杂，需要多个因素的综合作用才
能真正达到发生水华的程度。
因此，为了预防和治理水华问题，不仅需要从源头上控制污染物的排放，还需要综合考虑水文、生态、环境等因素，制定出一系列科学合理的管理办法，以达到最佳的治理效果。
蓝藻水华会产生毒素吗
蓝藻水华会产生毒素吗
目前蓝藻引起水华是最为普遍的现象，蓝藻水华已经成为了一种很有威胁的自然现象，而且蓝藻水华不同于别的藻类水华，危害性很大，那么蓝藻水华会产生毒素吗?
蓝藻水华会产生毒素。
蓝藻大量死亡时会产生蓝藻毒素、大量羟胺及硫化氢等有毒有害物质严重败坏养殖水体，直接危害养殖动物，间接通过食物链影响人类身心健康;另外死亡的蓝藻释放大量有机质，散发腥臭味，刺激了化能异养细菌的滋生，其中大部分化能异养细菌对水产养殖动物来说并不是有益菌，而是致病菌，从而进一步导致继发感染细菌性疾病的发生。
蓝藻发生原因
1、水温：蓝藻的生长速度随着水温的升高而加快。
在常温条件下，一些有益的单细胞藻类生长速度并不比蓝藻慢，只有当气温达到20℃所以受其它藻种的生长制约，蓝藻并不可能在常温条件下大规模暴发，只有进入高温季节，蓝藻的生长速度优势才会体现出来。
所以温度是蓝藻暴发的主要因素之一。
2、富营养化：进入养殖高峰期后，养殖水体中富营养化，养殖生物自身的排泄物对养殖水体也是一种污染。
在过去我们往往忽略了养殖生物的自身污染。
所以不经常换水的池塘中往往更容易暴发蓝藻。
如果蓝藻没有充分的营养也是很难生长的。
3、有机磷：有机磷并不是磷酸盐之类的，它广泛存在于各类化工污水中，另外在生活污水中也有有机磷，生活污水中有机磷主要存在于洗衣机中，有机磷是蓝藻生长的必须因素。
当前很多专家学者均认为治理蓝藻最直接最根本的办法就是除去有机磷。
蓝藻水华会产生毒素，上面对其蓝藻水华产生的毒素和引起的原因都有详细的讲解，要多关注，多了解海洋灾害小知识，对其水华现象的形成原因与治理措施等要多加了解。
蓝藻毒素
②生理性状的变化
小白鼠死亡后立即解剖取肝脏, 0.5 ml 组肝脏暗红、充血、肿大; 1.0 ml 组肝 脏褐红色、斑块状充血、肿大;2.0 ml 组肝脏深红褐色、部分出现棕褐色斑块、肿大; 2.8 ml 组肝脏可见明显且布满肝脏表面大小为0.2~ 0.3mm 的紫斑, 可清晰见到充血 的毛细血管, 肝脏明显肿大。肝脏经称重, 肝重为肝脏解剖取出时的湿重, 肝重率为 肝重与体重比值, 其变化见表2。
4
微囊藻毒素（MC)
在淡水环境的水华中发现的最常见的蓝藻毒素为微囊藻毒素（MC), 由7 个氨基酸组成,主要产自微囊藻、鱼腥藻、颤藻、念珠藻(Nostoc)、项圈藻 (Anabaenopsis)等浮游性蓝藻
6
MC对哺乳动物的毒性效应(肝毒性) • MC 的嗜肝性
MC有明显的嗜肝性。MC的嗜肝性可能与肝细胞上表达丰富的有机阴 离子转运多肽(OATP)有关。OATP 家族的OATP1B1 和OATP1B3 是特异性分 布于肝细胞基底外侧( 窦状) 质膜上的转运蛋白。两者转运的大部分物 质相同, 包括磺溴酚钠、胆汁酸、甲状腺激素等外源性物质。采用表达 OATP1B1 和OATP1B3 的Hela转染细胞检测MC-LR毒性,结果转染OATP1B1和 OATP1B3的Hela细胞比未转染的对照Hela细胞对MC 更加敏感, 这表明 OATP1 介导MC-LR 的转运在MC-LR 毒性的发挥中有重要作用。
饮用水藻毒素污染对中国南方原发性肝癌(HCC)发病率的影响
我国肝癌高发区主要分布在东南沿海地区, 原发性肝癌 (HCC)发病率与沟塘水的利用有密切关系, 通过对沟塘饮用 水中的蓝藻毒素的测定, 发现沟塘和河流饮用水中的MC 是 东南沿海地区肝癌高发的危险因素之一。
• 我国厦门市同安地区1987-1989 年肝癌标化死亡率为(40-45)/10 万人; 通过对63 份水样(1998 年8月)的分析, 藻毒素MC 的阳性检出率为 77.5%, 最高检出值696ng/L, 浅井水藻毒素中值121ng/L, 远高于国内其 它地区(表1); 肝癌高发村井水中的藻毒素含量明显高于肝癌低发村的井 水.
湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究
第23卷 第11期2008年11月地球科学进展ADVANCES IN E ARTH SC I E NCEVol.23 No.11Nov.,2008文章编号:100128166(2008)1121115209湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究3吴庆龙1,谢 平2,杨柳燕3,高 光1,刘正文1,潘 纲4,朱本占5(1.中国科学院南京地理与湖泊研究所,湖泊与环境国家重点实验室,江苏 南京 210008;2.中国科学院水生生物研究所,淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北 武汉 430072;3.南京大学,污染控制与资源化研究国家重点实验室,江苏 南京 210092;4.中国科学院生态环境研究中心,环境水质学国家重点实验室,北京 100085;5.中国科学院生态环境研究中心,环境化学与生态毒理学国家重点实验室,北京 100085)摘 要:湖泊具有供水、渔业、旅游、维持区域生态系统平衡等功能,是支撑我国经济和社会发展的重要资源之一。
但是近30年来,湖泊富营养化所导致的蓝藻水华频繁暴发,生态灾害事件频发,严重影响湖泊功能的发挥,制约区域经济可持续发展。
针对国家在保障区域水安全和生态安全、保护人民健康及建设和谐社会等方面的重大需求,国家重点基础研究发展计划项目“湖泊蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究”于2008年7月正式立项。
项目拟解决的关键科学问题包括:①湖泊蓝藻水华主要衍生污染物的形成机理、迁移转化规律和毒理效应;②蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化和功能退化的机理;③蓝藻水华生态灾害评估及调控机理。
针对上述科学问题,项目以蓝藻水华污染物的产生、湖泊生态系统结构与功能的响应以及生态灾害的评估与调控为研究主线,重点开展以下几个方面的研究:①蓝藻水华衍生污染物的产生及其环境过程;②蓝藻水华衍生污染物的毒理效应与生态和健康风险;③蓝藻水华导致湖泊生态系统结构变化与功能退化的关键过程和机制;④蓝藻水华灾害治理和调控的的技术原理和途径。
蓝藻水华的防治及资源化研究
藻类主要特征
1、藻类是低等植物，分布广，绝大多数生活于水中 。 2、个体大小相差悬殊，小球藻3-4μm ，巨藻长60m 。 3、具叶绿素，能进行光合作用的自养型生物。 4、没有真正的根、茎、叶的分化，又称叶状体植物 。 5、繁殖器官简单，以单细胞的孢子或合子进行繁殖 ，无胚，又叫孢子植物。
蓝藻是什么? 蓝藻在地球上大约存在了35-33亿年，种类 繁多，螺旋藻，发菜等都属于蓝藻的一种。 其繁殖速度快。生命能力强，在富营养化的 水体中容易大量爆发。平时在养殖水面、湖 泊中，看到的漂在水面上一层绿油油植物， 那就是蓝藻，当蓝藻集群，并在水面形成一 层数十厘米厚的蓝绿色而有腥臭味的浮沫， 像一层粘糊糊的油漆时，叫做“水华”。
蓝藻的主要特征
1.细胞壁由纤维素和果胶质组成，细胞外有的具 胶被或胶鞘。 2.无色素体，色素均匀地散在细胞周围的原生质 内。色素成分主要为叶 绿素a、β胡萝卜素、藻 胆素。 藻胆素是蓝藻的特征色素，包括蓝藻藻 蓝素（c-phycocyanin, C34H47N4O8）、蓝藻藻红 素(c-phycoerythrin, C34H42N4O9) 和别藻蓝素 (Allophycocyanin)等。 3. 无细胞核，只具核质而无核仁和核膜。属原 核生物，称为蓝细菌。
蓝藻水华的防治及资源化研究
内容
1 2 3 4
藻类和蓝藻简介 蓝藻水华的危害与防治 蓝藻水华资源化
蓝藻水华资源化存在问题及对策
1Leabharlann 藻类和蓝藻简介一 藻类及其分类系统 藻类是一类形态多变的、近似植物的 生物； 藻类缺乏根、茎、叶等高等植物典型 的结构； 微型藻类被称作浮游植物； 蓝藻被认为是地球上最早出现的生命 形态。
蓝藻水华的形成原因
1 环境条件适宜 蓝藻水华多发生在夏季6-9月，有明显的季节性，受温 度、阳光、营养物质的影响；温度在20℃以上；水体PH值偏 高、光照度强且时间久的条件下，蓝藻形成气囊浮出水面并 且迅速繁殖，以至形成蓝藻水华的现象。 2 鱼种放养不合理 在施肥量较高且有大量生活水污水排入湖中。水中营 养盐类丰富，能促进蓝藻、铜绿微小鱼藻、螺旋藻等大量繁 殖。如果此时猎食这些藻类的花白鲢、罗非鱼数量没有或很 少。则大量浮草植物会在水中老化死亡腐烂。 3 施肥不均匀 一般是说前期施肥量过大，或后期施肥量少或不施肥 。导致大量浮草植物漂浮出水面而形成水华现象
蓝藻水华现象
蓝藻水华现象
蓝藻水华是由蓝藻短时间的爆发性增殖产生的一种现象。
在一些营养丰富的水体中，由于难以消化所以很多鱼类不吃。
有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有恶臭味的浮沫，称为“水华”。
水华的危害主要有：
（1）藻类爆发式的繁殖大量消耗水体中的溶解氧，造成水生群落中鱼、虾、贝类等其他物种死亡，物种趋向单一，水体功能发生退化，导致整个生态系统失衡。
（2）藻类大量生长使水体透明度下降，沉水植物大量死亡，并且藻类死亡后会散发有毒物质及腥臭味，不但影响水体景观还会影响周边的空气质量。
（3）形成水华的藻类可产生大量藻毒素造成水源污染，藻毒素主要包括肝毒素、神经毒素和内毒素，可通过消化道途径进入人体，引起腹泻、神经麻痹和肝损伤，严重者甚至死亡。
蓝藻水华危害防治措施论文
蓝藻水华危害防治措施论文摘要：蓝藻水华会造成鱼虾死亡，导致水体污染，水道堵塞，对人类的生产和生活造成严重的影响。
除此之外，蓝藻毒素也会严重地危害人类的健康。
我国众多湖泊水体蓝藻水华发生频率高，藻类生物量巨大，水华种类的产毒力强，因此，迫切需要具有长效、经济和安全的预防和控制蓝藻水华策略和技术措施。
本文简要地介绍了蓝藻水华的发生机理，并结合国内外爆发蓝藻水华事件及后果，分析水华爆发的三大危害，提出防治措施。
关键词：蓝藻水华；发生机理；危害水资源是人类赖以生存的物质基础。
但近年来，我国的江河、湖泊及近海海域的氮磷污染呈加重趋势，内陆主要湖泊的水体富营养化程度加深。
水体富营养化导致部分藻类以及其他水生生物异常大量繁殖，造成水体透明度下降，产生异味，水体功能遭到破坏。
2007年太湖、滇池以及巢湖蓝藻暴发进一步引起了人们对水体富营养化的关注。
因此，治理富营养化水体，防治水华，恢复水体的综合功能，已成为当前水环境与水资源保护研究的中心问题之一。
一蓝藻与蓝藻水华蓝藻是藻类生物，又称蓝细菌或蓝绿藻，大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，因此又叫牯藻，一般呈蓝绿色，是地球上最早出现的光合自养生物。
已知蓝藻约2000种，中国已有记录的约900种，分布十分广泛，遍及世界各地，但大多数(约75％)生活在淡水中，少数分布在海水中。
在环境条件适宜时，某些蓝藻能快速生长，当达到一定生物量时，这些蓝藻在水体表层大量聚集。
形成肉眼可见的藻类聚集体，即蓝藻水华。
二水华的发生机理水华又称“水花”或“藻花”，是当水体处于富营养状态时，只要具备适当的温度、光照、风浪悬浮等有利于藻类滋生的气象、水文等自然地理条件，就能促使淡水水体中某些蓝藻类过度生长繁殖或聚集并达到一定浓度，引起水体颜色变化，并在水面上形成或薄或厚的绿色或者其他颜色的藻类的漂浮物的现象。
蓝藻水华爆发需有以下条件：水体处在重度富营养化状态。
富营养化是指水体中的主要营养物氮、磷含量增加导致浮游生物过量繁殖的现象。
蓝藻毒素的研究概况
万 方数据
第１期
戴瑾瑾等：蓝藻毒素的研究概况
９１
环境因子关系、ＭＣ对水生生物的影响、合成机理及
Ｍ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ ＰＣＣ７８０６专题等相关研究进展。多方
（ｎｅｏｓａｘｉｔｏｘｉｎ）、膝沟藻毒素（ｇｏｎｙａｕｔｏｘｉｎ）等。由水
华龟腥藻、水华束丝藻（Ａｐｈａｎｉｚｏｍ．ｅｎｏｎ．加ｓ—ａｑｕａｅ）
ｎｏｔ
ＰＣＣ７８０６，ｅｔｃ．ａｒｅ
ａｒｅ
ｏｖｅｒｖｉｅｗｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｃｈｉｎａ ｉｓ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．
ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ，ａｎｄ ｍｏｓｔ
ｆｏｃｕｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｙａｎｏｐｈｙｔａ；Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎ；Ｅｕｔｒｏｐｈｉｃａｔｉｏｎ ａｌ—
２藻毒素检测技术
目前，利用微囊藻毒素（ＭＣ）的牛理化学特性， 建立ｒ ＭＣ的测定方法：生物测试法、化学测定法和 免疫测定法。 生物测试法（ＢＩＯＡＳＳＡＹ）是最早采用检测ＭＣ 的常规方法，可较粗略地判断藻提取物是否有毒，且 获得结果直观、快速。不足的是此法需消耗大量的 藻毒素，灵敏性和专一性都较差，检测限高且不能区 分毒素的种类，只能检测总的毒效。 高效液相色谱检测法（ｈｉｇｈ
武汉植物学研究２００９，２７（１）：９０—９７
Ｊｏｕｒｍｄ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｂｏｔａｎｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
蓝藻毒素的研究概况
戴瑾瑾，陈德辉＋，高云芳，马庆
（３－．海师范大学生命与环境科学学院，卜海２００２３４）
摘要：综述了近２０年来有关藻毒素检测技术、脱毒降毒方法磁￡囊藻毒素（ＭＣ）与环境因子关系、ＭＣ对水生生 物的影响、合成机理、Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ万 方数据 Nhomakorabea汉植物学研究
蓝藻毒素生产及毒性机制的研究进展
蓝藻毒素生产及毒性机制的研究进展蓝藻是一种原生生物，它们存在于各种水体中，包括淡水、海水和土壤湿地。
蓝藻是一种复杂的微生物群落，其中包括多种蓝藻、藻类和细菌，它们共同形成了生物膜，成为一种独立的生态系统。
虽然蓝藻是一种非常重要的生物资源，但是它们也具有一定的毒性。
其中最具代表性的是蓝藻毒素，这种毒素具有极强的毒性，可以对人类和动物造成严重的健康危害。
蓝藻毒素是由蓝藻生产的一种毒素，它存在于水体中，很容易被摄取。
蓝藻毒素主要分为两大类：肝毒素和神经毒素。
肝毒素主要对动物的肝脏造成损害，导致肝细胞坏死，引起胃肠症状、中毒和死亡。
神经毒素则主要影响神经系统，引起神经毒性症状和死亡。
蓝藻毒素的生产机制一直是科学家十分关注的问题。
目前已经有很多研究表明，蓝藻毒素的生产与蓝藻的生长环境密切相关。
蓝藻毒素生产的主要因素包括温度、光强、水质、碳源、氮源等环境因素。
此外，还有一些基因调控因素也会影响蓝藻毒素的生产。
比如，一些信号传递通路的变化、细胞内代谢网络的调整等，都与蓝藻毒素的生产密切相关。
最近几年来，科学家们对蓝藻毒素的毒性机制进行了深入的研究。
他们发现，蓝藻毒素主要通过以下两种方式对人类和动物产生毒性影响：一、影响细胞功能。
蓝藻毒素可以影响神经细胞的信号传递，导致神经元死亡。
同时还可以影响细胞的代谢功能，损伤细胞膜、影响DNA合成等。
这些影响会导致细胞损伤、凋亡和死亡。
二、影响器官功能。
蓝藻毒素可以引起胃肠道症状、内分泌紊乱、呼吸系统损害、心血管疾病等。
长期摄入蓝藻毒素还可能引起慢性中毒，增加患病风险。
为了更好地研究蓝藻毒素的生产和毒性机制，科学家们还进行了大量的研究。
他们采用了多种方法，在分子水平和细胞水平上研究蓝藻毒素的生产和毒性机制。
通过这些研究，科学家们逐渐揭示了蓝藻毒素的生产和毒性机制。
一些研究表明，蓝藻毒素的产生与蓝藻细胞内的一些非常特殊的代谢途径有关。
其中，最为重要的是蓝藻细胞内的一些酶的产生和活性。
蓝藻研究报告
蓝藻研究报告
蓝藻是一类单细胞藻类，主要生存在淡水和海水中。
它们是光合作用的重要组成部分，能够吸收二氧化碳，并释放氧气。
然而，蓝藻也存在一些问题，特别是在过度富营养化的水域中。
在过度富营养化的水域中，蓝藻往往会大量繁殖，形成所谓的蓝藻水华。
蓝藻水华不仅给水生物造成威胁，还可能对人类健康造成严重影响。
蓝藻水华释放的一些毒素可能对鱼类和其他水生生物造成中毒和窒息，同时还可能对人类的健康产生负面影响，如引起皮肤刺激和呼吸问题。
除了水华问题，蓝藻也可能对水体的生物多样性产生负面影响。
大量蓝藻繁殖会造成水中氧气的不足，导致其他水生生物无法正常生活和繁殖。
此外，蓝藻还会争夺水中的营养物质和光线资源，进一步影响其他生物的生存。
为了管理和减少蓝藻问题，研究人员开展了多项研究。
一种常见的方法是通过控制水体中的营养物质浓度来限制蓝藻的生长。
这可以通过减少农业和工业废水的排放，以及提高处理废水的效率来实现。
另外，还可以使用生物控制措施，如引入一些水生动物，如浮游动物和鲤鱼，来帮助控制蓝藻的繁殖。
此外，关于蓝藻及其水华的监测和预警也是研究人员关注的重点。
通过监测水体中的蓝藻种类和数量，可以及时发现水华发生的风险，并采取相应措施。
目前，一些远程监测技术和预测模型已经被开发出来，为水华的预警提供了帮助。
总而言之，蓝藻是一类具有重要生态功能的藻类，但在过度富营养化的水域中可能引发蓝藻水华，造成环境和健康问题。
为了管理和减少这一问题，有必要加强蓝藻研究，并采取措施来控制其生长和繁殖。
浅谈蓝藻水华的危害与防治
&" 北京水产
!""#$%
!+ 肠炎病
由肠型点状气单胞菌引起。患病初期臀鳍基部或 鳍条充血， 解剖可见肠内粘液增多， 肠壁局部充血， 患 病后期， 体色变黑离群独游， 全部肠管发炎变红， 肠内 无食， 出现大量黄色粘液， 肛门发炎红肿， 此病主要危 害大鱼种和成鱼， 一般在水温 &/# 以上开始出现， .%7 月常见。 坚持在饵料中 防治方 法 ： !不 喂 霉 烂 变 质 饵 料 ， 平时注意定 添加 ’+&-的鲜大蒜汁或适量大蒜素预防， 期泼洒生石灰预防消毒。 " 治疗可采取水体 ’+$,,) 强 氯 精 消 毒 的 同 时 ，按 照 每 &’’5* 饲 料 拌 入 土 霉 素 连续投喂一周。 "’%&’’* ， $+ 赤皮病 病原是荧光假单胞菌。病鱼体表局部或大部分充 血发炎呈红 色 ，严 重 时 鱼 的 上 下 颌 及 鳃 盖 也 充 血 发 炎， 各种规格鱼种均易患此病， 特 别 是 7、 6 月份受机
一、传染性疾病 究竟是细菌还是病毒引起， 目前尚无定论。与在 常规品种中流行的暴发性出血病相似， 鱼体内外不同 部位出现不同程度充血， 特别是头部、 眼眶、 鳍条基 部、 肌肉、 肠道充血明显， 肛门红肿， 鳃丝颜色变淡， 甚 至腐烂， 有的病鱼肝、 肾、 脾等脏器也呈点状充血。水 水质恶化， 规 格 在 $%&’() 的 苗 种 易 患 温 !"# 以 上 ， 此病。 有条件者注入地下水， 降 防治方法： ! 加注新水， 低水温。 "患病鱼按照每公斤体重 !’%$’)* 新肥素拌 结合拌饵投喂鱼 饵投喂。#’+$,,) 强氯精全池泼洒， 血散或鱼血康， 剂量为日投饵量的 &+!- 左右， 连用一 周。 $ 用含 ’+&,,) 有效碘的碘伏全池泼洒或适量加 大剂量浸泡处理。 &+ 烂鳃病
淡水藻类及藻类毒素研究进展
淡水藻类及藻类毒素研究进展徐立综述徐顺清审阅藻类是水环境中的初级生产者，对维持水环境的生态平衡起着举足轻重的作用。
首先，它们通过光合作用为水中生物提供氧气;其次，它们可分解水生生物的代谢产物及水环境中的有机物质，而成为水环境中的清洁工;另外，由于许多藻可以固氮或含有丰富的营养，可作为水生生物的优良饵料。
然而近些年来，随着工农业生产的迅速发展和城市规模的扩大，大量工业污水和生活污水排入水体，使天然水体的富营养化日益严重。
富营养化的重要特征是在夏季高温时期藻类大量滋生，形成绿色丝带状的水华，漂浮在水面影响水环境的美观。
藻类的比重在1左右，蓝藻中的微囊藻细胞内具有气囊，它的比重小于1，多漂浮在水面上，外有衣胞包裹，呈絮团状，其它种类的藻类多悬浮在水体中。
形成水华的某些蓝藻是有毒的，大量藻类死亡后被水中异养菌分解，产生恶臭进一步释放体内毒素，将严重恶化水质。
长期低浓度藻毒素的摄入会对人体造成危争。
目前，淡水藻类污染己成为全球范围内日益严峻的环境和公共卫生问题，各国学者围绕该问题开展了很多极有意义的研究工作，涉及生态学、毒理学等各个方面。
1.藻类污染的生态学研究1.1藻类的生态藻类植物是地球上最重要的初级生产者。
它们合成的有机碳总量是高等植物的7倍。
全世界藻类植物约有40000种，其中淡水藻类约25000种左右，而中国己发现的淡水藻类约9000种。
包括:原生动物们的蓝藻们，原生动物门的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门。
淡水藻类在自然界里的分布非常广泛，适应性很强，对环境条件的要求不很严格，就是微不足道的营养和只有微弱的光照强度以及较低的温度下也能得到满足。
淡水藻类中大多数的种类是水生的，包括浮游的和底栖的各种类群，分布于不同水体中。
静止绿色的池塘和水坑中都含有大量的单胞藻。
其中最常见的有绿藻类的栅藻属、盘星藻属等种类。
随着数量的多少而决定水色的深浅，呈现黄绿或浓绿。
蓝藻水华污水处理的挑战与应对
开展技术研究和成果转化。
建立技术创新激励机制，鼓励企业自主创新，提高技术水平和
03
核心竞争力。
提高公众环保意识，倡导绿色发展理念
加强环保宣传教育，提高公众对 蓝藻水华污水危害的认识，增强
环保意识。
倡导绿色生产生活方式，鼓励企 业和个人减少污染物排放，从源
头上预防蓝藻水华的发生。
建立环保公益组织，推动社会各 界参与蓝藻水华防治工作，形成
02
蓝藻水华污水处理面临的挑 战
污水处理技术的局限性
01
02
03
技术更新滞后
当前污水处理技术难以满 足日益复杂的蓝藻水华处 理需求，技术更新速度滞 后。
处理效率低下
现有技术对蓝藻水华的去 除效率较低，无法有效解 决水体富营养化问题。
技术适用性不足
不同地区、不同水质条件 下的蓝藻水华需要不同的 处理技术，现有技术适用 性有限。
设施分布不均
设施分布不均衡，部分地区存在设施过于集中， 而其他地区则缺乏设施的现象。
设施维护不善
部分地区设施老化、维护不善，无法满足蓝藻水 华处理的需求。
污水处理过程中的环境风险
生态影响
污水处理过程中可能对周边生态环境产生不良影响， 如破坏水生生物栖息地、影响水质等。
异味污染
处理过程中可能产生异味，对周边居民生活造成影响 。
美国的“清洁水法案”
美国政府通过实施“清洁水法案”， 加大污水处理设施建设和运营的投入 ，同时强化排放标准的执行和监管， 取得了显著成效。
国际经验的借监管力度，确保达标排放，同时加
强蓝藻水华监测和预警体系建设。
推进技术进步
02
鼓励研发新型污水处理技术和蓝藻水华防治技术，提高处理效
滇池水华蓝藻藻蓝蛋白的分离纯化与毒性研究
第28卷 第4期2009年 7月环 境 化 学E NV I RONMENTAL C H E M I STRYV o.l 28,N o .4July 20092008年8月29日收稿.*中国科学院知识创新工程重要方向课题(KZCX2-Y W-426)和中国博士后科学基金(20060400848)资助项目.**通讯联系人.滇池水华蓝藻藻蓝蛋白的分离纯化与毒性研究*沈 强1沈银武2刘永定2**刘笔锋1(1 华中科技大学生命科学与技术学院,武汉,430074;2 中国科学院水生生物研究所水环境工程中心,武汉,430072)摘 要 采用从昆明滇池机械收获的产毒水华蓝藻为材料,通过采用抽提、粗过滤、微滤、超滤脱毒(截留分子量100k D a)、低温静置离心、真空干燥等提取纯化方法,从1kg 微囊藻粉中制备纯度(A 620/A 280)高达1180的57g 藻蓝蛋白干粉.小鼠急性毒性试验显示,纯化的藻蓝蛋白无毒性;LD 50大于3171g #kg -1,而对照原料藻粉的LD 50为0110g #kg -1.Am es 试验结果显示,5个藻蓝蛋白剂量组回变菌落数均未超过阴性对照菌落数2倍,亦无剂量-效应关系,Am es 实验结果阴性,初步通过食品安全性毒理学评价程序.关键词 水华蓝藻,滇池,藻蓝蛋白,微囊藻毒素,超滤,毒性.目前,机械收藻已应用到滇池蓝藻水华污染治理工作中[1].这种机械方法大量收获蓝藻,能在短期内减少蓝藻生物量、降低内源水体中氮、磷营养水平并能加快水体生态恢复,但收获蓝藻的巨大生物量如何进行安全处置,成为了一个待解决的新问题.滇池蓝藻具有生物量大和蛋白质含量高的特点,其中藻蓝蛋白含量达细胞干重的5%以上[2].藻蓝蛋白可用于食品着色剂,作为一种天然的蓝色色素,可取代对人类健康不利的合成色素,同时具有免疫调节能力和抗癌作用,具有很高的利用价值[3].本文就如何有效地对收获的蓝藻合理利用,达到既能有效消除环境污染的同时又能有效产生经济效益展开了深入的研究.1 实验部分111 藻蓝蛋白干粉制备微囊藻干粉用机械收获的方法[1]采集自云南滇池,晒干粉碎后低温干燥保存.1kg 干藻粉加入20L 011m o l #l -1磷酸盐缓冲液(pH 618),室温下搅拌抽提3h,用孔径50L m 的尼龙筛绢滤布过滤,取滤液.滤渣继续添加10L 011m o l #l -1磷酸盐缓冲液搅拌抽提,过滤后合并滤液.用PP -6型蠕动泵(上海离心机械研究所)做动力,先后将滤液通过2L m 和0145L m 微滤器(核工业部第八研究所,J A-3011)进行微滤处理,得到澄清的藻提取液.使用UF-I -50型中空纤维超滤柱(核工业部第八研究所,截留分子量100kD a)与蠕动泵配套使用进行超滤,操作压力差不超过0105M Pa .超滤截留下的藻蓝蛋白溶液添加等体积蒸馏水后继续超滤,至超滤效率显著下降时,继续补充蒸馏水,如此反复超滤10次,最大程度除去微囊藻毒素等小分子杂蛋白.超滤脱毒处理后的浓缩藻蓝蛋白溶液在4e 静置48h 后,有大量浅色的絮状沉淀形成.离心(6000r #m in -1,15m i n )除去这一部分沉淀.浓缩的藻蓝蛋白溶液用真空干燥器(Ya m ato ,NEOCO -OL)干燥后,制备得到深蓝色的藻蓝蛋白干粉. 藻蓝蛋白纯度测定根据H errera 等[4]方法,以A 620/A 280作为藻蓝蛋白纯度指标.藻蓝蛋白含量测定依Soni [5]推荐的公式计算.溶液中藻蓝蛋白含量=(A 620-017A 650)/7138(m g #m l -1).112 藻蓝蛋白干粉的急性毒性实验 小鼠急性毒性试验[6]:上述藻蓝蛋白干粉用蒸馏水溶解后,选雌雄各10只20g 左右的SPF 级昆明小鼠,经口灌胃给予藻蓝蛋白溶液(灌胃前16h 停食),连续灌胃三次,间隔4h ,累计灌胃剂量为5125g #kg -1藻蓝蛋白溶液.观察7d 并记录动物中毒症状及死亡数.同时,采用小鼠生物测试的方法[7]对比测定藻粉和纯化的藻蓝蛋白的毒性.498环境化学28卷113鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验(Am es试验)用经鉴定符合生物学要求的鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型TA97,TA98,TA100和TA102四株菌株进行实验;多氯联苯诱导的大鼠肝均浆作为体外活化系统(+S9)[6].分为5个剂量组,每培养皿加入量为不同浓度的011m l藻蓝蛋白水溶液,剂量分别为012,015,1,215和5m g.同时设置空白对照组.TA97,TA98,TA102:-S9阳性对照物为5010L g敌克松,TA100:-S9阳性对照物为215L g Na N3,TA97,TA98,TA100:+S9阳性对照物为10L g2-氨基芴,TA102:+S9阳性对照物为50L g1,8-二羟基蒽醌.平板渗入法记录二次重复的平行样品结果并用SPSS1210软件对数据进行统计分析.2结果与讨论211藻蓝蛋白固体粉的纯化以1kg干藻粉为原料制备得到57g深蓝色的藻蓝蛋白固体粉末.经过滤布过滤、2L m微滤、0145L m微滤、超滤和低温静置离心分离纯化步骤,藻蓝蛋白纯度(A620/A280)分别为:0134,0137, 0140,1102和1180.纯度最终提高5129倍.其中,超滤和低温静置离心是提高藻蓝蛋白纯度的两个关键步骤.经过低温静置后离心处理,藻蓝蛋白纯度提升效果最为明显.图1A是第一次超滤纯化时,以10L提取液为例,藻蓝蛋白纯度(A620/A280)、藻蓝蛋白含量和提取液体积的变化情况.超滤后,藻蓝蛋白纯度从0140上升到0187,含量从113m g#m l-1上升至416 m g#m l-1,提取液体积由10L减少到214L.超滤对藻蓝蛋白纯化的效果十分明显.经过进一步加水持续超滤10次后(图1B),藻蓝蛋白纯度有进一步的提升,从0187提升到1102,和第一次的超滤相比较提升效果不特别显著,但藻蓝蛋白含量则从416m g#m l-1大幅提高到1515 m g#m l-1,上升314倍,有利于藻蓝蛋白的真空干燥.图1超滤纯化中藻蓝蛋白纯度、浓度和滤液体积的变化▼藻蓝蛋白纯度;w藻蓝蛋白浓度;t超滤液体积Fig11E ffects of u ltrafiltration on phy cocyan i n pur ifi cation,concentrati on and so l uti on vo l u m e将纯化得到的高度浓缩的藻蓝蛋白提取液4e静置48h后有大量浅色沉淀形成.通过测定离心前后的A280和A620表明:提取液中作为蛋白质吸收峰的A280从11009下降到01575(稀释25倍后测定值),而纯度指标A620/A280从1102提高到1180,提高1176倍.初步分析,浅色沉淀为在高度浓缩的条件下,随温度降低而析出的杂蛋白,可见低温静置后离心是简单而有效的纯化步骤.藻蓝蛋白提取的第一步是破碎藻细胞壁.通常采用的方法是冻融法、超声破碎法等[8],研究中发现,超声破碎提取法获得的藻蓝蛋白提取液所含细胞碎片及杂蛋白较多,后处理困难;而冻融提取法也存在提取时间较长,细胞破碎效率低的缺点.因此本研究采用直接抽提干燥后的藻粉的方法,对在干燥过程中细胞壁遭到破坏的藻细胞进行多次抽提,可以高效地提取藻蓝蛋白,同时避免了其它细胞碎片的干扰.目前,国内外大规模制备纯化藻蓝蛋白主要是利用盐析、凝胶过滤、吸附色谱及离子交换色谱以4期沈强等:滇池水华蓝藻藻蓝蛋白的分离纯化与毒性研究499及其它更昂贵的方法,将超滤应用于藻蓝蛋白纯化的文献较少.Re is等[9]在其纯化藻蓝蛋白中采用了超滤处理,超滤后的藻蓝蛋白纯度达到110,H errear等[4]也使用超滤纯化方法,但藻蓝蛋白纯度仅提高到0172.而本研究中采用多步超滤结合低温静置离心的方法,制备的藻蓝蛋白纯度达1180.212藻蓝蛋白固体粉的毒性通过对滇池同期同一采样点的水华蓝藻样品的显微镜观察,铜绿微囊藻的优势度在90%以上.经H PLC方法检测[10],藻粉中微囊藻毒素总含量为01818mg#g-1,包含MC-RR和MC-LR两种异构体,含量分别为01720m g#g-1和01098m g#g-1.而微囊藻毒素用常规净水工艺无法有效去除[11],因此有必要对藻蓝蛋白产品的生物安全性进行进一步的检测.根据小鼠急性毒性试验的结果,通过累计三次灌胃总量相当于5125g#kg-1的藻蓝蛋白溶液,1周内未观察到动物中毒症状及死亡发生.按急性毒性分级,制备得到的藻蓝蛋白属实际无毒级;同时生物测试的结果进一步表明,藻粉的LD50为0110g#kg-1,而经过超滤纯化后得到的藻蓝蛋白的LD50 >3171g#kg-1,毒性至少下降9713%以上,和G ij s bertsen-Abraha m se等[12]采用超滤、纳米过滤去除藻毒素的实验结果大致相同.二次平行的Am es实验结果均显示(表1),鼠伤寒沙门氏菌TA97,TA98,TA100和TA1024个实验菌株,在加与不加体外代谢活化系统S9时,5个藻蓝蛋白剂量组的平均回变菌落数与平均自发回变数的比值均小于2;样品组与阳性对照组相比有显著差异(P<0101).同时,不同剂量藻蓝蛋白组回变菌落数,在TA97,TA98,TA100和TA102组的活化与非活化条件下,差异无统计学意义(P> 0105).数据证明浓度不同并未带来毒理学上的不同影响,无剂量-效应关系.结果表明藻蓝蛋白制品对鼠伤寒沙门氏菌无诱变活性,无致突变作用.Am es实验结果阴性.表1藻蓝蛋白Am es实验结果T ab le1Am es test results of phycocyan i n试样来源剂量/L g回变菌落数/个#皿-1TA97-S9TA97+S9TA98-S9TA98+S9TA100-S9TA100+S9TA102-S9TA102+S9阴性对照159?916159?71243?21642?216149?215163?610232?216234?1117 157?814155?61545?41944?211158?614161?712238?715235?612自发回变158?916159?21043?21645?412159?811162?513241?310232?1210 155?615156?41741?21641?211163?815164?517235?913227?1513藻蓝蛋白200141?110142?11045?21543?215164?312163?210263?115263?312 145?115145?11543?41546?112161?210162?110262?415264?110 500144?110145?21545?11544?310164?215163?412265?216265?414 144?211144?41044?41046?115163?115163?211265?211263?216 1000145?211142?71247?11046?110164?110165?210262?216267?312 145?412144?11542?21546?211163?318163?311265?211263?216 2500147?210143?21646?11545?115163?210163?310266?211265?311 142?115146?31044?41047?115165?211164?115269?115267?519 5000146?110146?11546?11045?115165?115164?110267?210266?311 147?311147?51344?41046?419164?312165?412268?215264?315阳性对照N a N3215)))1517?18115))))))1640?6214))) 2-AF10101093?102)1883?7012)1947?6811))1103?5619)1887?8018)1950?5219))敌克松50102357?165)2153?5511)))1020?1010)2543?146)2230?193)))1113?8510)1,8-二羟5010))))))1493?7511基蒽醌))))))1527?6111500环境化学28卷小鼠急性毒性试验和Am es试验结果表明,纯化的藻蓝蛋白粉能初步通过食品安全性毒理学评价程序的检验.本研究获得的藻蓝蛋白安全无毒的原因有可能是采取多步超滤的结果.由于微囊藻毒素分子量在1000左右,远小于10万,且易溶于水,能随水分透过中空纤维超滤柱排出.因此,通过持续补充水分反复超滤,微囊藻毒素会持续随水分排出,其浓度将不断降低而达到较彻底的脱毒,水分补充的越多,脱毒效果就越好.利用水华蓝藻来分离藻蓝蛋白,有必要进行持续加水超滤这一关键的脱毒纯化步骤.根据文献,国内外研究藻蓝蛋白纯化所采用的原料,多以螺旋藻为主;很少涉及到藻类来源及纯化的藻蓝蛋白的毒性研究.由于藻类在生长过程容易受到重金属、有机污染物的污染[13,14],同时市售的螺旋藻中可能混杂有产毒藻类,且某些种类螺旋藻本身产毒[15],可能对人类健康产生潜在的危害.据此本研究对超滤纯化后藻蓝蛋白进行了小鼠急性毒性实验和Am es试验的安全性评价,结果发现经过本研究工艺流程所获得的藻蓝蛋白是无毒安全的.3结论本研究采用抽提、微滤、超滤等方法,从水华蓝藻干粉中获得了大量较高纯度的藻蓝蛋白(A620/A280=1102),结合低温静置离心法进一步提高藻蓝蛋白纯度,获得了高品质的藻蓝蛋白产品(A620/A280=118);从1kg微囊藻藻粉中纯化得到57g深蓝色的藻蓝蛋白,纯度达1180.小鼠毒性试验结果显示纯化的藻蓝蛋白为无毒级,LD50大于3171g#kg-1,而藻粉的LD50为0110g#kg-1,纯化得到的藻蓝蛋白产品是安全的.Am es试验结果显示,5个藻蓝蛋白剂量组的回变菌落数均未超过阴性对照菌落数2倍,亦无剂量-效应关系,Am es实验结果阴性,表明纯化的藻蓝蛋白是安全无毒的.参考文献[1]沈银武,刘永定,吴国樵等,富营养湖泊滇池水华蓝藻的机械清除[J].水生生物学报,2004,28(2)B131)136[2]范良民,滇池蓝藻成份分析及利用途径探讨[J].云南环境科学,2000,19(1)B35)37[3]Ro m n R B,A l v rez-Pez J M,A ci n F G et al1,Recovery of Pu re B-Phycoeryt h ri n from t he M icroal gae P orphyri d ium cru e n t um[J].Jou rnal of B iotec hnology,2002,93B73)85[4]H errera A,B ouss i ba S,Napo l eone V et a l1,Recovery of C-Phycocyanin fro m t he Cyanobact eri um Sp iruli na maxi ma[J]1Journal ofAppli ed Phycol ogy,1989,1B325)331[5]Son iB,K al avad i B,T ri ved iU,E xtracti on,Purifi cati on and Characteri zation ofPhycocyan i n from Oscill a t ori a quadri punctulata-Isol atedfro m the Rocky Shores of Bet-Dw arka,Gu j arat,Ind i a[J].Proce ss B ioche m ist ry,2006,41(9)B2017)2023[6]卫生部食品卫生监督所,GB1519311-2003保健食品安全性毒理学评价程序和检验方法规范[S].北京:中国标准出版社,2003[7]何振荣,俞加禄,何家菀等,东湖蓝藻水华毒性的研究[J].水生生物学报,1989,13(3)B201)209[8]吴蕾,庞广昌,陈庆森,螺旋藻藻蓝蛋白的规模化提取和色谱纯化技术研究进展[J].食品科学,2008,29(4)B461)463[9]Reis A,M end es A,Lobo-FernandesH et a.l,Production,E xtracti on and Pu rificati on of Phycob iliprotei ns fro m N ost oc s p[J].B i ore-s ou rce Techno l ogy,1998,66(3)B181)187[10]H arada K,M atsuura K,Su z uk iM et al1,Analys i s and Purification ofTox i c Pep tides fro m Cyanob acteria by R eversed PhaseH i gh Pres-s u re L i qu i d Ch ro m at ography[J].Journa l o f Ch ro m atography A,1988,448(2)B275)283[11]朱光灿,吕锡武,藻毒素在传统净水工艺中的去除特性[J].环境化学,2002,21(6)B585)589[12]G ij sbertsen-Abrah a m se A J,S chm i d tW,Chorus I et al1,Re m oval of Cyanot ox i ns by U ltrafiltrati on and Nan ofiltration[J].Journa l ofM e mbrane S cie n ce,2006,276B252)259[13]吴海锁,张洪玲,张爱茜等,小球藻吸附重金属离子的试验研究[J].环境化学,2004,23(2)B173)177[14]孙红文,黄国兰,藻类与有机污染物间的相互作用研究[J].环境化学,2003,22(5)B440)444[15]Car m ichaelW,The Tox i ns ofC yanobacteri a[J].ScientificAm eri can,1994,270(1)B78)864期沈强等:滇池水华蓝藻藻蓝蛋白的分离纯化与毒性研究501S TUD IES ON PUR I FI CAT ION AND TOX IC ITY OFPHYCOCYAN IN FROM WATERBLOOMFORM ING CYANOBACTER IA IN D IANCH I LAKESHE N Qiang1SHE N Yin-wu2LI U Yong-ding2LI U B i-feng1(1Coll ege of Life Science,H uaz hong U n i vers it y of Science and T echnology,W uh an,430074,C h i na;2In stit u te ofH ydrob i ology,Ch i n ese Acade m y of Sciences,W uh an,430072,C h i na)ABSTRACTA h i g h efficient purificati o n m ethod had been deve l o ped to obtain h igh purity phycocyan i n fro m the tox ic cyanobacteria l bloo m har vested fro m D ianch i lake,w hich incl u ded extracti o n,colati o n,m icrofiltra ti o n,ultra-filtrati o n(100000MW cu-t o ff un it),centrifuga lizati o n after cold preservation and vacuum drying1W it h t h is m ethod,57g h i g h purity phycocyan i n(A620/A280=1180)was got fro m1kg dry po wder o f m icrocy stis1The acute tox ic ity tests i n m ice show ed the pur ified phycocyan i n w as nontox ic and LD50of it w as g reater than3171 g#kg-1as deter m ined i n the m ice by intraperitoneal i n jecti o n,wh ile that o f dry po w der of cyanobacteria l bloo m w as0110g#kg-11Am es test resu lts a lso w ere negative,wh ich i n d icated the product of phycocyan i n passed procedures for tox icological assess m ent of food1K eyw ords:cyanobacteria,D ianch i lake,phycocyan i n,m icr ocysti n,u ltrafiltrati o n,tox icity.第四届中国环博会将在上海新国际博览中心举办为配合上海世博会,原定于2010年7月举办的第四届中国环博会(双年展)现提前至2010年5月4日至6日在上海新国际博览中心举办.本届中国环博会将和5月1日开幕的2010年上海世博会同期开展,令众多展商和观众能够在参与环博会之外获得参与世博会的机会./第四届中国环博会以环保解决方案为主线,也十分切合2010年世博会的口号)))城市,让生活更美好.0德国慕尼黑国际博览集团副总裁艾欧恒先生解释说.除了和世博会同期举办的优势外,还有诸多因素令德国慕尼黑国际博览集团坚信本届中国环博会将续写辉煌:2008年第三届中国环博会吸引了来自25个国家的362家展商,较2006年增长达27%,以及来自72个国家的10500名观众,较2006年增长了近10%.同时,世界规模最大的国际环保科技博览会第16届德国慕尼黑国际环博会(I FAT)由3年一届改为2年一届,将提前至2010年9月13)17日举办.正是由于目前环境市场不断增长的势头以及行业对I F AT展会期待的加深,使得慕尼黑国际博览集团做出了缩短展会周期的决定.本刊讯。
水华蓝藻产毒的生物学机制及毒素的环境归趋研究进展
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(6): 749-757. E-mail: jlakes@©2009 by Journal of Lake Sciences水华蓝藻产毒的生物学机制及毒素的环境归趋研究进展*宋立荣, 陈伟(中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉430072)摘要: 本文介绍并评述了蓝藻水华中最常见的毒素——微囊藻毒素的产生途径和环境归趋的国内外研究进展. 主要内容包括: 微囊藻毒素的来源、结构和一般特性; 微囊藻毒素的分子合成机制、分布、产生规律及其功能; 以及微囊藻毒素的环境归趋. 重点介绍了在毒素环境归趋研究方面的重要突破, 指出了该领域研究中存在的问题和今后研究的重点方向.关键词: 蓝藻; 微囊藻; 微囊藻毒素; 合成; 归趋; 研究进展Production of microcystins in bloom-forming cyanobacteria and their environmental fates: a reviewSONG Lirong & CHEN Wei(State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, CAS, Wuhan 430072, P.R.China)Abstract: The present paper introduces the recent progresses on the production mechanisms and environmental fates of microcystins —the most common toxins produced in bloom-forming cyanobacteria, in particular, Microcystis. The review contains three parts: (1)biological origin, structure and properties of microcystins; (2)synthesis, cellular distribution, production and possible function of the toxins; and (3)environmental fates of the toxins. Recent progresses, problems and perspectives in the study of environmental fates of toxins are viewed and discussed.Keywords: Cyanobacteria; Microcystis; microcystins; synthesis; fate; review1 微囊藻毒素的来源、结构和一般特性微囊藻毒素(microcystins, 简称MCs)是由在水体中生长并能形成水华的几种蓝藻(blue-green algae, 亦称为蓝细菌cyanobacteria), 尤其是微囊藻(Microcystis)产生的一类藻类毒素. 在我国富营养化淡水水体中, 蓝藻水华污染造成的最主要危害之一就是产生和释放以微囊藻毒素为主要类型的蓝藻毒素. 除了微囊藻外, 蓝藻门中的鱼腥藻属(Anabaena)、浮丝藻属(Planktothrix)、束丝藻属(Aphanizomenon)中的某些种类也能产生此类毒素.MCs是一类环状七肽化合物(分子结构如图1所示). 其中, 环肽结构中含有X和Y两个可变的氨基酸基团. X和Y的不同氨基酸组合可以形成相应的MCs异构体, 如在LR型中, X和Y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. 迄今, 从野外或实验室培养微囊藻中已分离出近70种毒素异构体[1]. 在已知的MCs的异构体中, 以MC-LR的生理毒性最强(是目前已知毒性仅次于二噁英的剧毒化合物). MCs结构中所含共轭二烯型β氨基酸, Adda(3氨基-9-甲氧基-2,6,8三甲基-10-苯基4,6-二烯酸)是表达该类毒素生理活性的最主要特征结构, 分别通过形成1,2两个肽键与其他氨基酸缩合成环. 除MCs外, 还有一类名为节球藻毒素(Nodularin)的环状五肽也具有Adda结构.MCs和Nodularin 两类肝毒素主要通过生物体的胆汁酸传输系统在生物体内运输并在肝脏、肾脏及消化道组织中累积, 然后通过共价键与蛋白磷酸酶结合. 这种结合将直接抑制蛋白磷酸酶1和2A的活性,*国家重点基础研究发展计划项目(2008CB418000)和中国科学院重大交叉项目(KZCX1-YW-14-1)联合资助. 2009-08-03收稿; 2009-08-25收修改稿. 宋立荣, 男, 1961年生, 研究员; E-mail: lrsong@.J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(6) 750阻断蛋白磷酸化过程, 最终导致肝脏等器官的纤维化, 促发肿瘤形成. 研究表明, 当MCs特征结构Adda 结合不等数量的氨基酸形成不同长度的肽键后, 就会对蛋白磷酸酶1和2A表现出不同程度的抑制作用, 即不同的毒性效应[2]. 即使Adda只和一个氨基酸结合形成肽键后, 也会对蛋白磷酸酶起到一定的抑制作用. 但未形成肽键的Adda经生物检测, 未表现出明显毒性效应[3]. 因此, Adda结构对这两类肝毒素的毒性行为起到至关重要的作用.1996年, 在巴西Caruaru市, 由于医院使用的血液透析水被微囊藻毒素污染, 造成至少76人发生肝功能衰竭症状, 最终导致死亡[4]. 这是因微囊藻毒素污染引起人类死亡的首次报道. 同年, 德国研究小组发现微囊藻中含有与已知的多肽合成酶同源的DNA序列, 由此推测微囊藻毒素的合成和其它环状小肽一样, 是由非核糖体合成的[5]. 此突发重大事件的发生及其在蓝藻毒素分子生物学研究的突破性进展, 引起世界各国对蓝藻水华及其毒素问题的再次重视, 推动了相关研究领域的进一步深入.在蓝藻毒素相关的研究领域之中, 其产生的生物学过程和机制, 尤其是环境归趋方面一直受到重点关注, 也是该领域研究的难点之一. 本文将重点介绍国内外在这方面的相关研究进展.图1 微囊藻毒素化学结构通式Fig.1 Chemical structure of MCs2 微囊藻毒素合成的分子机制、分布、产生规律及其功能2.1 产毒基因的发现长期以来, 人们认为微囊藻毒性的有无和大小主要由环境因子决定. 但越来越多的证据表明, 并非所有的微囊藻都能够产生微囊藻毒素, 因此遗传学家认为, 微囊藻产毒株(Toxic strains)和无毒株(Nontoxic strains)的毒性是由遗传决定的. 为证实这一观点, 研究者进行了大量的微囊藻遗传结构研究, 但均未能找出真正产毒基因. 1996年, Meiβner等发现有毒和无毒微囊藻中都含有与已知的多肽合成酶同源的DNA序列, 由此他们推测微囊藻毒素的合成和其它环状小肽一样, 是由非核糖体合成的(Non-Ribosome Peptide Synthesis)[5]. Dittmann等从铜绿微囊藻HUB5-2-4中分离到一段称为mapep1的DNA 片断, 它能特异地与产毒微囊藻杂交, 对这个片断的侧翼序列进行测序, 发现它是由一个多肽合成酶基因家族组成; 同时利用插入突变的方法敲除该基因的突变株失去了产毒特性, 由此证明该片段参与了微囊藻毒素的合成[6].2.2 微囊藻毒素合成酶基因的研究及基因转移系统的建立在Dittmann等研究的基础上, Nishizawa等根据多肽合成酶基因的腺苷酸形成区域的保守氨基酸设计寡核苷酸引物, 在微囊藻中扩增, 以扩增得到的PCR产物为探针, 筛选基因组文库. 对克隆的片段测序分析, 发现了3个与微囊藻毒素合成有关的基因: mcyA, mcyB, mcyC. mcyA全长8361bp, mcyB位于mcyA的宋立荣等: 水华蓝藻产毒的生物学机制及毒素的环境归趋研究进展751下游12bp处, 全长6378bp, mcyC全长3870bp, 与mcyB有一个碱基的重叠, 即mcyB的终止密码子TGA中的A与mcyC起始密码子ATG共用. 这3个基因共同组成5个氨基酸的激活module, 即Mdha, D-Ala, L-Leu, D-MeAsp, L-Arg. 为了证明mcy基因的功能, mcyA中包括氨基酸激活和差向异构约2.7kb的DNA片段被突变, 并通过大肠杆菌-微囊藻混合进行结合转移. 分离到的突变株显示, 该微囊藻不再产生野生株的主要毒素[7]. 此后, Nishizawa仍然用筛选文库的方法克隆和测序了34kb的产毒微囊藻DNA片段, 再次分离到4个基因: mcyD, mcyE, mcyF, mcyG, 这4个基因组成的操纵子位于mcyA的上游, 与mcyABC组成的操纵子方向相反. 通过基因mcyB, mcyD, mcyE的插入突变使该微囊藻不再产生毒素. 经分析, mcyDEFG组成一个多酮类合成酶复合物, 负责微囊藻毒素结构中Adda和谷氨酸的合成[8]. Tillett等通过基因突变和突变体分析, 在一55kb长的DNA片段中找到了2个操纵子, 由10个双向转录的开放阅读框组成即mcyA-C和mcyD-J. 在微囊藻毒素合成的48个顺序催化反应中, 45催化区域定位于6个多酶合酶/合成酶(McyA-E, G)中, 它们将前体苯基乙酸, 丙二酰辅酶A, S-腺苷甲硫氨酸, 谷氨酸, 丝氨酸, 丙氨酸, 亮氨酸, D-甲基-异-天冬氨酸和精氨酸转入毒素的合成中. 另外4个基因为单体酶, 蛋白McyJ的作用为O-甲基化, McyF为差向异构, McyI为脱氢, McyH为定位. 至此, 微囊藻毒素合成酶基因的结构基本清楚, 即mcyABC(多肽合成酶)和mcyDE(杂合的多酮-多肽合成酶)2个主要操纵子, 另外还有修饰辅助基因[9].微囊藻毒素合成酶基因的分离和功能研究不仅揭示了微囊藻毒素合成的遗传基础, 还在微囊藻中建立了基因转移系统, 即大肠杆菌-微囊藻混合转移系统. 这是不同于前面直接用质粒转化的另一种基因转移系统. 方法上也存在较大差异: (1)氯霉素抗性基因盒中自身的启动子被切除, 换上的是M.aeruginosa K-81基因rpoD1的启动子P1和P2, 该启动子在微囊藻中的转录表达非常强烈; (2)转化质粒中被插入了mob 基因, 该基因可使质粒高效率转移. 基因转移系统的建立为在微囊藻中开展其它基因的功能研究奠定了一定的基础, 但两种基因转移系统的效率都很低. 目前, 在数种形成水华的蓝藻中, 除浮丝藻易于基因操作外, 其他如微囊藻等水华蓝藻的基因转化方法目前仅在少数几个实验室中能够进行, 难以重复. 这是迄今为止在微囊藻毒素的分子生物学研究进展缓慢的主要原因.2.3 微囊藻毒素在细胞内的分布和形成规律确定毒素在细胞内的合成位点是了解其功能的前提之一. Shi等利用多克隆抗体, 纳米尺度金标记蓝藻毒素microcystins和nodularins, 发现毒素主要集中在细胞的类囊体和核区, 在细胞壁和细胞的鞘壁上也有少量存在[10]. 由于超显微样品制备中使用的有机溶剂乙醇可提取胞内的毒素, 对毒素定位实验可能产生干扰, Young等利用低温切割技术进行了毒素在细胞定位, 发现毒素大量存在于细胞的类囊体和核质区以及在多聚磷酸体, 在细胞膜和细胞壁周围仅有少量分布[11-12]. Orr和Jones研究首次证明微囊藻毒素的产率与细胞的分裂速率具有显著的正相关关系, 随后他们证明在氮限制培养下, 细胞毒素的含量可由生长速率预测[13-14]. 其他一些研究者采用连续培养方式, 也发现在限制光强[15]或磷限制条件下[16], 毒素浓度的变化与生长速率呈线性相关. 上述重要发现, 为开展环境因子对毒素含量和合成速率的研究提供了新的思路. Kameyama等指出, 毒素的浓度与细胞DNA的含量有着正的线性关系, 随着细胞的分裂, 毒素含量增多, 在G0/G1期最小, G2/M期达到最大[17].2.4 微囊藻毒素的功能初探长期以来, 微囊藻毒素产生的生物学意义及功能一直受到研究者的关注, 但进展甚微. 早期研究表明, 微囊藻毒素可作为微囊藻抵御捕食者或竞争者的防御分子或化感物质[18], 或作为胞内金属离子螯合剂[19], 也有报道毒素的形成与水华爆发和优势维持相关[20-21]. 近年来, 德国研究小组发现微囊藻毒素可能参与胞内信号传递与基因调控[22-23]. 2004年, 芬兰Sivonen研究小组报道毒素合成酶基因早于后生生物基因出现, 此前所认为的毒素为防御分子的观点并不可信[24].3 微囊藻毒素的环境归趋3.1 藻细胞中毒素的释放及水柱中溶解态毒素的形成如前所述, MCs是一类受产毒基因调控, 在胞内代谢产生的毒素. 蓝藻细胞正常生长过程中, MCs主要贮存于藻细胞内, 当藻细胞死亡后, 胞内毒素就会释放到水柱中形成溶解态毒素. 从20世纪90年代至J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(6) 752今, 国际上一些实验室相继开展了室内培养试验考察MCs在藻细胞和培养基之间的分配过程, 研究发现: 处于对数生长期的微囊藻培养物中至多能释放10%-20%的毒素到培养基中, 大多数毒素依然存在于细胞内; 当细胞进入静止生长期时, 可能随着藻细胞死亡数量的增加, 释放到培养基中的毒素的比例也会有所增加. 研究还发现, 即使在对数生长期已经结束, 并且藻类培养物的生物量已经非常大的时候, 可能只是很少一部分藻细胞会死亡[11,25-27]. 因此, 藻类生长周期里的大部分时间, 溶解态毒素的含量维持在较低水平. 在自然水体中微囊藻毒素大量释放到水柱中一般出现在水华大量衰亡的季节, 或者水体中使用了杀藻剂后都会引起胞内毒素大量的释放. 已报道的自然水体中微囊藻毒素的含量一般为0-10μg/L[28-29], 大多数水体中MCs的含量不会超过1μg/L. 即使在我国滇池等富营养化污染十分严重的大型水体中, 在水华季节水体中溶解性毒素含量也基本在世界卫生组织规定的1μg/L以下[30]. 所以微囊藻毒素在环境中是如何消失的？其最终归趋是什么？探索这些问题的答案一直是该研究领域的热点之一.3.2 底泥沉积物吸附及降解蓝藻毒素主要以细胞结合态、溶解态和吸附于悬浮物或沉积物等多种形式存在于水环境中, 它在水体中悬浮颗粒物上的吸附量并不大, 不像多环芳烃等非极性污染物那样易于吸附在颗粒物上, 该类毒素主要存在于水柱中. Rapala等在实验室内模拟研究了微囊藻毒素从水柱中溶解态向底泥中迁移的过程, 结果显示自然水体中悬浮颗粒物吸附水柱中溶解态毒素的能力非常有限, 通常至多20%的MCs能被水柱中悬浮颗粒物吸附. 他们认为底泥沉积物对微囊藻毒素的吸附作用有限, 与水柱中悬浮颗粒物相似, 从而认为水环境中微囊藻毒素的归趋主要发生在水柱中[31]. 受上述研究结果的影响, 此后若干年很少有关于微囊藻毒素在底泥界面的研究报道. 直到2001年, Tsuji等利用MMPB方法测定了湖泊底泥沉积物中的微囊藻毒素, 该研究发现在测定的11个样品中有6个显示了阳性结果[32], 因此他们认为自然条件下底泥沉积物对微囊藻毒素归趋的影响不容忽视. 此后, Chen等基于微囊藻毒素与底泥和土壤颗粒中金属离子形成配合物的吸附机制, 建立了底泥和土壤中微囊藻毒素的提取分析方法[33]. 该研究还对武汉东湖关桥鱼塘底泥中的毒素进行测定, 发现多数底泥样品呈现阳性结果. Chen等在太湖一周年的原位跟踪实验并结合模拟试验发现: 底泥界面是微囊藻毒素主要的归趋场所, 其自然归趋的主要途径是生物降解途径, 底泥沉积物中的细菌对微囊藻毒素的生物降解起到关键的作用[34].3.3 微囊藻毒素的光降解微囊藻毒素因为具有环状的结构, 化学性质十分稳定, 其理化性质第一节已经作了详细介绍. 在无光接近自然水体理化性质的条件下, 微囊藻毒素可稳定存在数月甚至几年. 但在有光的条件下, 会发生缓慢的光降解反应. 特别在有溶解性色素的存在下, 光降解速率会显著加快[30,35]. 如果在水体中含有大量色素, 最快在两周内, 微囊藻毒素可降解90%, 降解过程最慢也不会超过6周. 上述研究认为: 光降解速率的快慢主要取决于色素或者毒素的初始含量(但关于这方面的研究依然需要深入开展). 近年来, 关于毒素降解的另外一些报道[36-37]认为: 微囊藻毒素在自然水体中能快速被降解的原因是水体中有丰富的光敏剂——溶解性腐殖质, 它们的存在将为降解反应起到光催化作用, 进而加速降解反应的进程. 研究发现, 当自然水体中溶解性腐殖质含量达到2-16mg/L的时候, 夏天日光照射的条件下大约每天40%的微囊藻毒素将会从水体中去除. 但在透明度低和浊度高的水体中, 这个降解过程会变得很慢. 张维昊等在云南滇池开展的光降解研究中也获得了类似的结果[30]. 于是他们提出光降解是微囊藻毒素在自然水体中不能持久存在和含量较低的主要原因. 然而, 在大型富营养化的自然水体中, 透明度和浊度与实验室条件下的相比往往相差甚远. 由于多数水华型湖泊水面被厚厚的水华所覆盖, 透明度非常低, 加之风浪等原因, 水体非常混浊, 因此, 光降解所起到的作用可能非常有限. 近几年, Welker和Steinberg等在德国的一些湖泊中继续开展了毒素的光降解研究, 他们又提出在自然条件下由于光照很难穿透水柱, 因此光降解对毒素归趋的真正贡献可能不大. Welker和Steinberg最近的研究认为微囊藻毒素在单独自然阳光的照射作用下很难降解, 只有在光敏剂如水体腐殖质的催化作用下光降解反应才会发生[38]. 该研究认为太阳光降解作用对蓝藻毒素自然归趋过程的贡献十分有限, 估计原位光降解半衰期在90-120d左右. 可见, 针对自然环境下光降解对微囊藻毒素环境归趋的贡献大小尚存争议, 需要开展进一步研究进行宋立荣等: 水华蓝藻产毒的生物学机制及毒素的环境归趋研究进展753论证.3.4 微囊藻毒素的生物降解微囊藻毒素虽然在自然条件下表现出很强的化学稳定性, 但已经在水体里发现了许多水生细菌可以降解微囊藻毒素. 具有降解MCs能力的细菌种类很多, 常见的主要是Pseudomonas aeruginosa[39]和Sphingomonas sp.等属中的一些菌株[40]. 这些细菌在世界范围内各种水体中的分布相当普遍, 有的分布在污水沟里[41], 有的分布在湖水里和湖泊底泥中, 还有些细菌是在河水里发现的[31,42-45]. 细菌降解一般都有一个滞后期, 在滞后期内毒素浓度无明显减少. 滞后期时间少则两天, 多则三周以上, 主要取决于水体理化性质, 气候条件等[42,46], 滞后期过后, 90%毒素会在接下来的2-10d内快速降解. 1994年Jones等分离出一种水生细菌Sphingomonas, 可将微囊藻毒素环状结构打开变成直链毒素, 最后进一步发生降解[42] . 他们还对降解产物的毒性进行了生物测试, 发现直链毒素的毒性比微囊藻毒素LR的毒性降低了200倍; 最终降解产物以500μg/kg的剂量腹腔注射小白鼠没有发现明显的毒性症状. 2004年Harada等同样以细菌Sphingomonas strain, B-9对微囊藻毒素进行降解, 从微囊藻毒素的降解产物中分离纯化出了Adda并鉴定了其化学结构[47]. Ishii等也在日本的淡水湖泊中分离了一种能降解微囊藻毒素细菌, 该革兰氏阴性菌被命名为7CY, 经过16S rRNA鉴定确定为Sphingomonas属中的某种[48]. 目前国际上发现并鉴定的可降解微囊藻毒素的细菌很多是Sphingomonas属中的种类. 生物降解可能是微囊藻毒素降解的重要途径之一, 但生物降解作用在微囊藻毒素归趋的众多途径中究竟能起到多少作用, 目前还没有确切的数据. 虽然水体中存在可以降解毒素的细菌, 但这些降解数据绝大多数是在实验室培养条件下获得的; 而实验室培养条件下单位培养基中细菌的生物量远远大于自然水体中这种细菌存在的数量, 如果将实验室培养物浓度稀释成自然体积条件下细菌浓度, 还能否有效降解毒素？除此, 温度、酸度等气候和水体理化性质因素也是影响细菌降解能力的重要原因. 究竟自然水体中细菌能否快速清除微囊藻毒素？围绕上述问题, Chen 等近期在江苏太湖开展的研究表明: 在太湖这类浅水大型湖泊中, 微囊藻毒素在底泥中的生物降解过程及源于底泥的细菌导致MCs在水柱中发生的生物降解过程可能是微囊藻毒素主要的自然归趋途径[34]. 3.5 微囊藻毒素在水生生物体内的积累及代谢微囊藻毒素在水生生物体内的积累和代谢也是其非常重要的环境归趋途径之一. 微囊藻毒素进入水生动物主要的途径有三: 水生动物摄食有毒蓝藻, 溶解态毒素通过皮肤及消化道等器官吸收, 以及摄食其他水生生物通过食物链转移进入体内. 在过去的十多年中, 已有较多研究表明微囊藻毒素可以在水生生物体内积累, 这些研究主要包括MCs在鱼体中的累积[49-50]; 蚌类中的累积[51-54]; 螺中的累积[55-56]以及浮游动物中的累积[57-58]. 这些研究发现微囊藻毒素对脊椎动物的靶器官主要为肝脏, 并且在肝脏中可以大量积累, 而对于无脊椎动物其攻击的靶位器官主要为肝胰腺和消化道组织, Falconer, Eriksson和Watanabe等开展的MCs暴露蚌的研究, 发现在蚌的肝胰腺中积累了大量的微囊藻毒素. 到目前为止, 大量关于微囊藻毒素在水生动物体内积累的研究, 大多是聚焦于毒素对水生动物的毒性作用机制方面, 目的在于寻找毒素作用的器官, 试图发现像哺乳动物肝脏一样被MCs进攻的靶位器官. 尽管有大量报道证实了毒素在水生生物体内的累积和迁移, 但对鱼类等水产品中累积毒素的量是否能够对人类健康产生真正的威胁还无确切的答案. 国际上负责水产品安全的权威机构也只是向人们建议不要食用鱼等水产品的内脏, 并未对其安全性给出确切的评价. 除了水生动物外, 近年来也陆续报道了一些关于毒素在水生植物和藻类中累积的一些研究结果. 当微囊藻毒素进入水生生物体内, 一部分会被积累在生物体内, 还有一部分会被生物体代谢降解[59-60]. 因此水生生物, 特别是大型水生植物对溶解性毒素的吸收和降解也可能是微囊藻毒素在水生环境中的降解途径之一, 这也为利用生态修复途径治理蓝藻毒素的污染提供新的思路. 1998年, Pflugmacher等先后在实验室中发现当大型沉水植物、鱼和溞等生物体吸收积累了微囊藻毒素后, 累积的MCs会与生物体中谷胱甘肽转移酶形成结合物, 进而进行开环降解[60]. 根据上述研究理念, Nimptsch等在中国巢湖开展了深入研究, 提出高等水生植物可以作为自然水体中MCs解毒的“绿色肝脏”[61].3.6 微囊藻毒素在土壤中的归趋迄今为止, 微囊藻毒素的归趋研究主要集中在水柱中以溶解态、细胞结合态、悬浮颗粒物吸附、在J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(6) 754生物体内积累及生物降解等方面. 我们认为, 在土壤中归趋也是微囊藻毒素必须关注和研究的重要途径之一. 目前, 在该领域的研究报道很少. 其中一个研究报道了土壤对节球藻毒素的吸附作用[62], 该研究主要为了考察土壤能否有效去除水体中溶解性毒素, 为使用河岸粘土滤床去除饮用水源中溶解态MCs的工艺寻找理论依据. Chen等研究了微囊藻毒素在土壤中的吸附动力学及迁移渗透行为, 该研究评价了机械收获蓝藻水华进入土壤界面后的安全性[63]. 由于蓝藻水华污染在全球范围内日趋严重, 各国都加大了对富营养化湖泊的整治力度. 其中尝试之一是通过机械方法收集水面漂浮的水华以减轻污染. 但收集有毒水华的堆放和处理可能会造成毒素进入土壤界面. 在我国将大量收获蓝藻生物量进行资源化利用, 其中方法之一是用来当作有机肥料肥田, 这势必造成毒素在土壤中的释放、迁移甚至存在导致地下水污染的潜在威胁. 微囊藻毒素进入土壤界面除了机械收集蓝藻生物量的不合理堆放及肥田等资源化处理外, 还有其他途径: (1)人工湿地进行富营养化修复和河岸沙滤水处理工艺及粘土滤床水处理工艺等; (2)使用蓝藻水华污染的水进行农业灌溉活动; (3)洪涝灾害将含蓝藻水华和毒素的水带入土壤界面. 2000年Eynar 等经取样调查发现: 在Riga河附近的土壤为沙质土壤, 因而不能有效防止含有MCs河水的渗漏, 最终导致河水中溶解态的MCs渗透到地下水中, 引起了地下水的污染[64]. Codd等还发现使用含有水华的水进行农业灌溉, 会造成微囊藻毒素在莴苣中积累[65]. 在国际上, 最近还有研究开始关注采用富营养化湖水(含有痕量的溶解态MCs)灌溉, 导致MCs在苜蓿草、黑麦草等植物中的累积现象. 研究结果显示: 即使采用含痕量溶解态毒素的湖水进行灌溉, 可导致作物中累积MCs的量达到0.12-1.45g/kg, 进而潜在地影响畜牧业和乳制品的质量[66]. 随着人类实践活动的不断深入, 蓝藻毒素进入土壤界面后的生态及环境安全性评价已经不容忽视. 因此, 该领域的研究将成为今后可能的热点之一.致谢: 甘南琴、胡臣林参与相关研究资料的收集, 谨致谢忱.4 参考文献[1] Diehnelt CW, Dugan NR, Peterman SM et al. Identification of microcystin toxins from a strain of Microcystis aeruginosa byliquid chromatography introduction into a hybrid linear ion trap-Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer.Anall Chem, 2006, 78: 501-512.[2] Holmes CFB, Boland MP. Inhibitors of protein phosphatase-1 and -2A; two of the major serine/ threonine protein phosphatasesinvolved in cellula r regulation. Curr Opin in Struc Biol, 1993, 3: 934-943.[3] Imanishi S, Kato H, Mizuno M et al. Bacterial degradation of microcystins and nodularin. Cheml Resh Toxicol, 2005, 18:591-598.[4] Jochimsen EM, Carmichael WW, An JS et al. Liver failur e and death after expos ure tomicrocystins a t a hemodialysis center inBrazil. The New England Journal of Medicine, 1998, 338: 873-878.[5] Meiβner K, Dittmann E, Borner T. Toxic and non-toxic strains of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa contain sequenceshomologous to peptide synthetase genes. FEMS Microbiol Letts, 1996, 135: 295-303.[6] Dittmann E, Neilan BA, Erhard M et al. Insertional mutagenesis of a peptide synthetase gene that is responsible for hepatotoxinproduction in the cyanobacterium Microcystis aeruginosa PCC7806. Mol Microbiol, 1997, 226: 779-787.[7] Nishizawa T, Asayama M, Fujii K et al. Genetic analysis of the peptide synthetase genes for a cyclic heptapeptide microcystinin Microcystis spp. J Biochem, 1999, 126: 520-529.[8] Nishizawa T, Ueda A, Asayama M et al. Polyketide synthase gene coupled to the peptide synthetase module involved in thebiosynthesis of the cyclic heptapeptide microcystin. J Biochem, 2000, 127: 779-789.[9] Tillett D, Dittmann E, Erhard M et al. Structural organization of microcystin biosynthesis in Microcystis aeruginosa PCC7806:an intergrated peptide-polyketide synthetase system. Chem Biol, 2000, 7: 753-764.[10]Shi L, Carmichael WW, Miller I. Immuno-gold localization of hepatotoxins in cyanobacterial cells. Arch Microbiol, 1995, 163:7-15.[11]Young FM, Thomson C, Metcalf JS et al. Immunogold localisation of microcystins in cryosectioned cells of Microcystis. JStruct Biol, 2005, 151: 208-214.。
海洋持续污染物释放对海洋生物蓝藻水华的影响研究
海洋持续污染物释放对海洋生物蓝藻水华的影响研究引言：随着人类活动的不断增加，海洋环境遭受了严重的污染。
其中，持续释放的污染物对海洋生物以及生态系统的健康产生了深远的影响。
海洋蓝藻水华是一种常见的问题，它不仅破坏了海洋生态系统的平衡，还对人类健康造成了威胁。
因此，研究海洋持续污染物释放对蓝藻水华的影响至关重要。
1. 蓝藻水华的产生与污染物释放的关系蓝藻水华是指海洋中大量蓝藻聚集形成的现象，常见于富营养化的水体中。
这些蓝藻会产生大量的生物毒素，对海洋生态系统和生物多样性造成不良影响。
海洋污染物（如工业废水、农田农药和化肥的排放）的持续释放会导致富营养化，这种现象是蓝藻水华发生的主要原因之一。
污染物中的营养物质（如氮和磷）促进了蓝藻的生长，使它们能够迅速繁殖，形成水华。
2. 污染物对蓝藻水华的具体影响持续释放的污染物不仅增加了蓝藻的生长速度，还改变了它们的生态系统中的竞争力。
首先，污染物改变了海洋中的营养物质的平衡，使蓝藻能够更有效地利用这些营养物质，从而促进它们的生长。
其次，污染物可以抑制其他海洋生物的生长，破坏了生态系统中的生态平衡。
此外，一些污染物还会影响海洋生物的免疫系统，使其更容易感染病菌。
这些变化进一步增加了蓝藻水华的发生概率和严重程度。
3. 对策和控制污染物释放的重要性针对海洋持续污染物释放对蓝藻水华的影响，我们应该采取一系列的对策来减缓其影响。
首先，严格控制污染物的排放，通过减少工厂废水、施用农药和化肥的量，从根本上改善海洋污染情况。
其次，加强海洋环境监测和管理，及时发现和处理富营养化水体，防止蓝藻水华的发生。
此外，利用生物工程或其他技术手段，修复受污染的海洋生态系统，促进自然修复。
4. 研究方法和技术的进展为了更好地理解海洋持续污染物释放对蓝藻水华的影响，研究者们采用了多种方法和技术来探索这个问题。
生态学研究和模型分析可帮助我们了解蓝藻水华形成的机制和影响。
利用现代遥感、水质监测仪器等技术手段，可以对污染物的分布和浓度进行实时跟踪和监测。
藻类毒素污染概述
↙
增加了蛋白激酶的活性→蛋白质的过磷酸化
↙
反应紊乱
细胞信号系统放大→一系列的生理生化
↙
↘
胞质中微丝网络重排 结构与整体稳定性破坏 一系列的动物实验中，结果证明蓝藻提取物对原代培养 大鼠肝细胞有明显的毒作用。
产毒的赤潮藻类主要是甲藻
常见的赤潮藻毒素主要有： 麻痹性贝毒(Paralytic Shellfish Poisoning , PSP) 腹泻性贝毒(Diarrhetic Shellfish Poisoning , DSP) 记忆丧失性贝毒(Amnesic Shellfish Poisoning， ASP) 神性贝毒(Neurotoxic Shellfish Poisoning，NSP) 西加鱼毒(Ciguatera Fish Poisoning，CFP)
应加强环境保护和水资源保护，加大排 污控制管理的力度，进一步完善污水排 放控制管理的法律法规， 从源头解决水 污染问题，使水体环境得以改善，才能 从根本上消除淡水藻毒素污染的严重忧 患。
藻类毒素污染概述
一、藻类植物
藻类是水环境中的 初级生产者, 对维 持水环境的生态平 衡起着举足轻重的 作用。 首先，它们通过光合作 用为水中生物提供氧气; 其次，它们可分解水生 生物的代谢产物及水环 境中的有机物质，而成 为水环境中的清洁工； 另外，由于许多藻可以 固氮或含有丰富的营养, 可作为水生生物的优良 饵料。
蛋白磷酸酶抑制试验法 ： MC对蛋白磷酸酶 PP1 和 PP2A具有强烈的活性抑制作用,强度与毒素剂量相关， 呈典型的S型曲线
评价：
小白鼠法虽然不够灵敏、准确性和重现性差， 试验需处理大量的动物，但具有可靠性强，使 用广泛，有历史数据等优点，目前许多国家仍 将该方法作为常规的筛检手段。高效液相色谱 法以它具有的灵敏准确、可靠、能确定各种毒 素成分等优点，被广泛接受用于研究和确认实 验。但像酶联免疫吸附试验、蛋白质磷酸酶抑 制试验及质谱分析法等还存在着各种不足之处， 尚未被普遍接受，仍需进一步的改进和完善
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期:2003-12-01 基金项目:国家重点基础研究发展规划资助课题(2002C B412306)水华蓝藻毒素研究概述胡宗达,周元清 (云南大学生态地植物研究所,云南昆明650091)摘 要:随着科技进步,发现的有毒种类越来越多,毒素分子结构的研究也越来越清楚。
在大量文献的基础上,综合介绍水华微囊藻毒素、水华束丝藻毒素和水华鱼腥藻毒素对动物的毒害、毒素结构、检测方法和去除方法,并讨论存在的问题。
关键词:水华蓝藻;藻毒素;检测方法中图分类号:X173 文献标识码:A 文章编号:1006-947X (2004)03-0008-04 蓝藻(Cyanophyta )是生物界中一类古老且十分特殊的生物类群,分布广泛,适应力强,在腐烂物质、水体表面或底层皆有分布。
其重要繁殖场所之一是淡水,尤其是富营养化淡水湖泊。
淡水湖泊中常见蓝藻主要有微囊藻(Microcystis )、鱼腥藻(Anabaena )、颤藻(Oscillatoria )、聚球藻(Syne 2chococcus )、层理鞭线藻(Mastig oclaminosus )等。
目前已知产生毒素的淡水蓝藻约12属26种[4],其中易形成水华的常见种有铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa )、水华鱼腥藻(Anadaena flos -aquae )和水华束丝藻(Aphanizomenon flos -aquae )。
这3种蓝藻可分为有毒品系和无毒品系。
滇池是蓝藻水华污染相当严重的淡水湖泊之一,认识了解蓝藻毒素及其检测和去除方法,具有重要的现实意义。
本文综合介绍水华微囊藻毒素、水华束丝藻毒素和水华鱼腥藻毒素对动物的毒害、毒素结构、检测方法和去除方法,并讨论存在的问题。
1 水华蓝藻毒素1878年Francis 首次发现某些淡水“水华”蓝藻引起动物中毒死亡的现象。
Schwimmer 、Schwim 2mer 及G orham 等分别综述报道了北美洲湖泊、水库和池塘中的水华蓝藻导致动物中毒的事例[19]。
在欧、亚、非、南美洲等气候相似地区也有类似中毒死亡现象发生。
111 微囊藻毒素(MCY STs )微囊藻毒素主要是在Microcystis 、Anabaena 、Oscillatoria 、N ostoc 等属中的种类产生[26]。
属于一种肝毒素或一种细胞内毒素。
完整细胞没有毒性,在衰老、死亡或破裂后毒素才释放出来,表现毒性。
11111 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。
蓝藻门中几个属产生的次生代谢产物可分为两类。
一类是肝毒素,主要包括七肽微囊藻毒素、五肽节球藻毒素和m otpurin 等,以微囊藻毒素为代表;另一类是神经毒素,主要是钠通道阻断蛤蚌毒素及类似物[24]、后突触神经类毒素和高类毒素、有机磷胆碱酯酶抑制毒素等[25],以鱼腥藻毒素为代表。
11112 微囊藻毒素对生物的影响MCY STs 主要以肝脏为靶器官。
动物经灌喂或腹腔注射后,破坏细胞内的蛋白磷酸化平衡,改变多种酶活性,引起肝脏病变,造成一系列生理紊乱。
中毒症状主要表现为虚弱、呼吸沉重、皮肤变白、呕吐、腹泻、毛立和嗜睡等。
如猴子的中毒症状为昏迷、肌肉痉挛、呼吸急促、腹泻等,在数小时或几天内死亡[11]。
赵雄飞(1994)用九山湖和金针湖采集的铜绿微囊藻,经BG 11培养基培养,抽取和分离毒素,对小白鼠腹腔注射。
小白鼠出现呼吸沉重、步履蹒跚、昏睡、最后死亡并出现眼珠发白,肝脏淤血呈深紫红色等症状。
证实九山湖铜绿微囊藻产生的毒—8—云南环境科学 2004,23(3):8-11 C N53-1093/X ISS N1006-947X素对小白鼠有毒性作用,与PCC7820中毒素一样,为肝毒素,而注射金针湖微囊藻的则对小白鼠无害,说明在铜绿微囊藻不同品系中含有毒和无毒品系,原因可有是遗传因素和生理生态因素或二者兼有的缘故[22]。
程凯等(2000)在武汉市解放公园的池塘采样,用腹腔注射法对小白鼠进行试验,再次验证铜绿微囊藻能产生微囊藻毒素,并得出其毒性的大小和水华发生时序有正相关关系。
说明毒素的产生具有阶段性变化。
产生这一现象可能是因为他们之间有某种内在联系[2]。
微囊藻水华具有季节性,毒性变化也常出现季节性差异[3]。
在夏秋季,微囊藻水华大量形成,死亡后将其毒素释放到水体中,引起野生动物和家畜间歇性或重复性的中毒死亡。
人饮用有一定含量的微囊藻毒素淡水时,可引起肝损伤、急性胃肠炎、腹泻及肝癌等症状[23],如1996年在巴西发生的微囊藻毒素血透析导致死亡的著名事件[21]。
家畜及野生动物食用微囊藻后出现腹泻、乏力、厌食、嗜睡、甚至死亡等现象。
微囊藻毒素对鱼类的肝、肾也有毒害作用[16],还对Hela细胞和Verox细胞的生长有抑制和毒性作用[15]。
这些事实说明微囊藻毒素对生物生息繁衍会造成极大威胁。
11113 微囊藻毒素的结构微囊藻是世界淡水湖泊中最常见的水华蓝藻,在我国很多淡水湖泊(如武汉东湖、江苏太湖、安徽巢湖、云南滇池、大理洱海等)中都有蓝藻水华爆发现象。
Louw认为,微囊藻毒素是一种具有强烈慢性肝脏中毒特征的生物碱。
Hughes等(1958)发现并分离得到铜绿微囊藻NRC-1有毒品系。
Bishop等(1959)对铜绿微囊藻NRC-1品系的毒性作全面研究,发现这种微囊藻毒素是由7种氨基酸组成的小分子环状多肽[19],为单环结构:D-丙氨酸-L -X-赤-β-甲基-D-异天冬氨酸-L-Y-Adda -D-异谷氨酸-Mdha。
其中Mdha是一种特殊氨基酸;Adda为3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯-4,6-二烯酸;X和Y为两种可变L氨基酸(图1-2)[13,17]。
目前已鉴定约有65个微囊藻毒素变式[11,21],其中多数毒性较高,如MCY ST-LR、MCY ST-RR和MCY ST-Y R等。
11114 微囊藻毒素产生与环境、遗传因子的关系(1)微囊藻毒素产生与环境密切相关。
Utkilen和Bickel的研究证明,环境对微囊藻毒素产生的影响,光最为重,其次,温度也起着重要作用(图3)[3]。
此外对滇池水华铜锈微囊藻和绿色微囊藻研究中发现在低光条件下毒素产量较高,且光强对毒素的影响与温度有关[14],低温条件(8～20℃)微囊藻毒性强,但这并不是微囊藻适宜生长的温度,高光照射下,温度对其毒素几乎无影响。
此外,不同种类营养盐的作用也不一样。
如P、Fe、Zn影响非常明显,在BG11培养基中降低铁和锌的浓度,产量显著提高,而Al、Cd、Cr、Cu、Mn、Ni和Sn等对其毒素产量无明显影响[18]。
图1 微囊藻毒素的分子结构图2 微囊藻毒素通式图3 不同季节微囊藻水华毒性变化(2)生物遗传主要受DNA控制。
Otsuka等研究了有毒和无毒微囊藻间的关系; Ding研究了上海淀山湖水华爆发时蓝绿藻提取物的遗传毒性[11];Meiβner于1996年发现微囊藻有毒和—9—水华蓝藻毒素研究概述 胡宗达无毒株多肽合成酶基因的同源DAN 序列。
这些研究表明其毒素的产生受遗传因子影响。
Dittman 和Nishizawa 的研究也证明这一点[7]。
112 水华束丝藻毒素(Aphanizomenon flos -aquae toxins )水华束丝藻产生毒素使牛中毒死亡现象早在20世纪初就有报道,但只针对现象而言,无实质性研究进展。
到20世纪60年代初,才真正对水华束丝藻毒素进行研究和探讨。
1978年,Shimizu 研究证明是一种贝毒物(四氢嘌呤生物碱),毒性极强,如注射小鼠,不超几分种小鼠就会发生中毒反应,毒性均大于微囊藻毒素和鱼腥藻毒素[19]。
金传荫等(9981)用Carmichael 先生1980年在美国New Ham pshire 的Durham 附近的小池塘中采集的水华束丝藻NH -5株,进行BG 11培养基培养,提取毒素,采用AOAC 小鼠生物检测法对纯种昆明小鼠(18-22g ,雄性)腹腔注射小鼠出现腹式呼吸,后抽搐并不自主地跳动,最后死亡。
通过研究,证实水华束丝藻NH -5株能产生麻痹性的贝毒素[5]。
水华束丝藻毒素是一种作用于细胞膜水平上的肌肉神经抑制剂,作用机理被认为是通过阻止钠离子流的作用势能,最后抑制神经传导,这些作用机理与石房哈毒素作用机理一致。
113 水华鱼腥藻毒素(Anabaena flos -aquae toxins )水华鱼腥藻毒素是一种细胞外毒素,溶于水,对光、热和碱表现不稳定性,而它的盐酸化合物则是稳定的。
每当温暖季节来临,许多富营养化淡水湖泊常出现有毒水华鱼腥藻爆发现象。
动物饮用此类水后,中毒死亡时有报道。
Ols on ,Firkins 和R ose 对其研究最早。
G orham 等人在1964年首次报道了在加拿大Saskachwean 和Burton 湖泊中形成的无毒水华里分离出有毒品系(NRC -44-1)。
这些毒素能够使小鼠出现麻痹、颤抖、轻度抽搐、最后死亡。
后来Devlin ,Biggs ,Dryden ,Carmichael 等已对水华鱼腥藻毒素的化学结构和毒性进行过研究[19]。
乔明彦等(1994)报道牛饮用达赉湖有毒鱼腥藻水华出现中毒死亡的现象。
后来在此湖采样,研究得知主要是微囊藻和鱼腥藻,并用新鲜鱼腥藻(2914mg/ml )灌喂体重为34kg 的健康羊,发现呼吸困难、腹部肌肉抽动、摇头、流涎等症状,进行切片诊断得知是“中毒性闹病”,而且有轻度肝损伤。
这个试验再一次证实了水华鱼腥藻毒素的毒性[12]。
图4 水华鱼腥藻毒素和水华束丝藻毒素的化学结构2 水华蓝藻毒素的检测方法及去除方法211 目前藻毒素的检测方法主要有生物测试法、化学分析法、免疫检测法、生物化学分析法及酶学方法等[1,11]①生物测试法:采用对小鼠进行灌喂或腹腔注射来鉴定藻毒素的毒性,能较为粗略地判断提取物是否有毒性。
具有操作简便,结果直观、快速等优点,但无法准确定量分析。
②化学分析法:包括高效液相色谱法(HP LC )、HP LC -UV 、HP LC -MS 、PC L 、CE -MS 、毛细管电泳(CE )、薄层色谱法(T LC )及气相色谱法(G C )等,对藻毒素可进行精确的定性、定量检测。
③生物化学分析法:主要包括酶联分析法(E LIS A )、蛋白磷酸酶抑制分析法(PPI A )、免疫检测法、比色法蛋白磷酸酶抑制分析等,此类方法工作原理简单易行、分析速度快、灵敏度较高,但不能对毒素起到良好的鉴别作用。
上述方法方兴未艾,有利有弊,具体实践中要灵活应用,取长补短。