水體中微囊藻毒素污染狀況及毒效應(yīng)及其檢測方法

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1、水體中微囊藻毒素污染狀況及毒效應(yīng)及其檢測方法當(dāng)前,水體富營養(yǎng)化已成為全球性的環(huán)境問題。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《全球環(huán)境展望2004年年度報告》(GEO-Yearbookof2004)表明,在其所調(diào)查的66個水域中,有40%正遭受中、重程度富營養(yǎng)化的影響。近年來,我國各類水體都存在不同程度的富營養(yǎng)化問題,湖泊水庫表現(xiàn)得尤為明顯。據(jù)1999年對全國130余個湖泊的調(diào)查資料顯示,高營養(yǎng)化湖泊占調(diào)查總數(shù)的43.5%,中營養(yǎng)化湖泊占調(diào)查總數(shù)的45.0%;在我國東南部經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)的湖泊富營養(yǎng)化常伴隨著藻類的瘋長,而分布在城市和近郊的一些湖泊甚至達(dá)到了超營養(yǎng)化狀態(tài)。14在富營養(yǎng)化的

2、水體中,藻類異常繁殖,形成水華。藍(lán)藻水華是最常見的淡水水華,它們大多數(shù)是有毒的。而微囊藻毒素是一種在藍(lán)藻水華污染中出現(xiàn)頻率最高,產(chǎn)量最大和造成危害最為嚴(yán)重的藻毒素。微囊藻毒素是強的致肝癌物質(zhì),長期接觸可引起肝癌。流行病學(xué)調(diào)查顯示,在我國東南沿海一些地區(qū)如江蘇啟東、海門和廣西綏遠(yuǎn)地區(qū)的原發(fā)性肝癌與飲用水源中微囊藻毒素的高本底含量密切相關(guān)。微囊藻毒素與人類健康的關(guān)系問題已成為生命科學(xué)界、醫(yī)學(xué)界和社會公眾廣泛關(guān)注的熱點之一。為了減少微囊藻毒素對人類健康的影響,深入研究微囊藻毒素的結(jié)構(gòu)特性,了解其在水體和水生生物中的污染狀況以及毒效應(yīng)是非常必要的。??1微囊藻毒素的結(jié)構(gòu)與理化

3、性質(zhì)在水華藍(lán)藻產(chǎn)生的毒素中,以銅綠微囊藻、魚腥藻和顫藻等所產(chǎn)生的微囊藻毒素最為普遍。微囊藻毒素(microcystin-MCYST,MC)是一類具有生物活性的環(huán)狀七肽化合物,由七個氨基酸構(gòu)成的環(huán)狀肽鏈分子(D-Ala-X-D-MeAsp-Z-Add-D-Glu―Mdha/Dha),其結(jié)構(gòu)式如圖1。?圖1微囊藻毒素的結(jié)構(gòu)式?其分子上1位是Ala-右旋-丙氨酸;2,4位上的X和Z分別代表不同的氨基酸;3位上是MeAsp-D-赤-β-甲基天冬氨酸;5位上是14(2S,3S,8S,9S)-3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-3甲基-10-苯基-4,6-二烯酸,簡稱Adda;6位

4、上是Glu-異谷氨酸;7位上是Mdha-N-甲基脫氫丙氨酸或Dha-脫氫丙氨酸。其中Adda是一種特殊的含20個碳原子的氨基酸,是微囊藻毒素生物活性表達(dá)所必需的基團(tuán)。由于MC在2,4位上取代基X、Z的不同,以及3、7位上Asp和Dha的甲基化和去甲基化就形成多種MC的異構(gòu)體,其中3種主要微囊藻毒素異構(gòu)體為MC-LR、MC-RR、MC-YR。L、R、Y分別代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。世界上含量較多,分布較為廣泛的是MC-LR和MC-RR。在我國爆發(fā)水華的淡水湖泊中,往往會檢測到MC-LR和MC-RR。由于MC-LR存在較為普遍,產(chǎn)毒量較大,毒性強,故現(xiàn)在在藻毒素研究上常

5、以其為代表性指標(biāo),WHO以MC-LR含量為基準(zhǔn)推薦飲水藻毒素標(biāo)準(zhǔn)為1.0μg/L。微囊藻毒素具有環(huán)肽結(jié)構(gòu),化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定。在實驗室研究中,水庫水中低濃度的MC-LR(10μg/L)不到1周就可降解,在去離子水中超過27d依然很穩(wěn)定,自然水庫中的不穩(wěn)定性可能是由于生物降解的作用。Takenake等從湖泊表層水中分離出一種能夠產(chǎn)生堿性蛋白酶的細(xì)菌pseudomonasaeruginsa,它能夠?qū)⑺械腗C降解。張維昊等的研究表明,由于微生物作用,溶液中的微囊藻毒素可以半衰期為2.5d左右的速率降解。純化的MC在陽光照射下依然是穩(wěn)定的,當(dāng)毒素暴露于波長在其吸收峰周圍紫外線時

6、,通過額外的異構(gòu)化機制,更多的MC-LR、MC-RR被快速降解。此外,MC具有熱穩(wěn)定性,加熱煮沸不易喪失毒性,在室溫條件下干燥的MC可以保存數(shù)年之久。由于毒素構(gòu)型的變化使毒性的大小差異很大,如MC-LR的毒性大大高于MC-RR。在自然條件下,溫度和光照對構(gòu)型的變化似乎起著很重要的作用,如不同的季節(jié),不同的水域甚至同一水域采集到同種微囊藻毒素的毒性會有很大的差異。??2微囊藻毒素的產(chǎn)生機制14MC是細(xì)胞內(nèi)毒素,在細(xì)胞內(nèi)合成,細(xì)胞破裂后釋放出來并表現(xiàn)出毒性。由于它的環(huán)狀結(jié)構(gòu)及其氨基酸的特殊結(jié)構(gòu),一般認(rèn)為它不是由核糖體合成,而是由肽合成酶復(fù)合體合成的生物活性小肽。研究發(fā)現(xiàn),

7、MC在藻類的對數(shù)生長期內(nèi)明顯增加,毒素主要集中于細(xì)胞內(nèi)部,對數(shù)生長末期達(dá)最大含量;停止生長后隨著藻細(xì)胞的死亡解體,細(xì)胞內(nèi)的水溶性毒素不斷釋放進(jìn)入水體。MC產(chǎn)生的機制有很多學(xué)說,但到目前為止尚沒有令人信服的結(jié)論,現(xiàn)在常提到的有遺傳和環(huán)境因素。遺傳影響學(xué)說的支持者認(rèn)為,微囊藻有毒株(toxicstrains)和無毒株(nontoxicstrains)的毒性是由遺傳決定的;環(huán)境影響學(xué)說認(rèn)為MC的產(chǎn)生受微囊藻的生長期、光照、溫度和營養(yǎng)條件的影響,生長條件改變,毒性也發(fā)生變化,環(huán)境因子通過作用于細(xì)胞分裂速度而控制毒素產(chǎn)生。MC的產(chǎn)生與否由基因決定,現(xiàn)已從銅綠微