鄱阳湖微囊藻毒素时空分布格局及其与理化和生物因子的关系

本文分别于2012年4月(春季)、8月(夏季)、10月(秋季)和2013年1月(冬季)在鄱阳湖进行了4次野外调查和样品采集,采用超高效液相色谱-串联质谱仪(UPLC-MS/MS)对鄱阳湖水柱中常见的3种微囊藻毒素(MC-RR、MC-YR和MCLR)的质量浓度进行定量分析,探寻了微囊藻毒素(microcystins,MCs)质量浓度的时空变化规律及其与湖泊环境理化因子和生物因子之间的关系.结果表明,MC-RR是鄱阳湖MCs的主要毒素种类.胞内微囊藻毒素(intracellular MCs,IMCs)与微囊藻生物量(r=0.47,P0.01)、颤藻生物量(r=0.68,P0.01)、蓝藻生物量(r=0.56,P0.01)、Chl-a(r=0.28,P0.01)之间均具有显著的正相关关系,但与鱼腥藻生物量之间没有明显的相关关系(P0.05),这说明微囊藻和颤藻是鄱阳湖微囊藻毒素的主要产毒藻类.IMCs与水温(r=0.51,P0.01)、透明度(r=0.69,P0.01)、Fe(r=0.43,P0.01)和Zn(r=0.43,P0.01)之间均呈现显著的正相关关系,与TN(r=-0.44,P0.01)、TP(r=-0.29,P0.01)、NO-2-N(r=-0.28,P0.05)、NH+4-N(r=-0.33,P0.05)、Ca(r=-0.34,P0.01)和Mg(r=-0.35,P0.05)均呈现显著的负相关关系,但与pH、PO3-4-P、NO-3-N、电导率、高锰酸盐指数、Cu离子之间的相关关系不显著(P0.05),这说明光照强度(透明度反映)、氮、磷、水温是控制鄱阳湖微囊藻毒素产生的重要因子,金属离子Ca、Mg、Fe、Zn在一定程度上能影响微囊藻毒素的产生.鄱阳湖IMCs和胞外微囊藻毒素(extracellular MCs,EMCs)呈现相似的季节变化趋势,即夏季最高,其次为秋季,冬季和春季较低.鄱阳湖IMCs的空间分布整体上呈现东部湖汊群、松门山周围以及蚌湖和蚌湖进入鄱阳湖的入湖口较高,其它区域较低的趋势,而EMCs的高值区位于松门山周围和蚌湖及其入湖口.     

微囊藻毒素对水稻根系生长和抗氧化系统的影响

以水稻幼苗为材料,研究了不同质量浓度(1、100、1 000、3 000μg·L-1)微囊藻毒素(MCs)在胁迫期和恢复期对水稻幼苗根系生长、吸收活力、抗氧化系统的影响以及MCs在水稻根部的积累.结果表明,胁迫处理7 d,MCs在水稻根部的积累量与MCs质量浓度呈正相关.1μg·L-1MCs处理促进了根系生长,根系活力上升,过氧化氢酶(CAT)活性上升有效维持H2O2于正常水平;100μg·L-1MCs处理下,根系生长受抑,根系活力下降,CAT无显著变化;在高质量浓度(1 000μg·L-1、3 000μg·L-1)MCs处理下,不仅根系生长受抑、根系活力下降,且CAT活性受抑,H2O2大量积累,膜质过氧化加剧.相比胁迫期,恢复7 d后各处理组水稻根系MCs的积累量均低于胁迫期.100μg·L-1MCs处理组根系各生长指标、根系活力、丙二醛(MDA)、H2O2和CAT的变幅减小,优于胁迫期,显示出一定程度的恢复,而1 000μg·L-1和3 000μg·L-1MCs处理组,根系生长与根系活力均低于胁迫期,氧化胁迫进一步加剧,表明高质量浓度(1 000μg·L-1和3 000μg·L-1)MCs对水稻根系造成的伤害不可逆.     

降解微囊藻毒素菌种的筛选和活性研究

研究了滇池底泥和表层水体中的微生物菌群降解微囊藻毒素(Microcystins, MCs)的能力差异,发现底泥中的微生物菌群对MCs有更强的生物降解能力.采用从滇池水华蓝藻细胞中提取提纯的微囊藻毒素作为微生物生长的唯一碳源和氮源,先后经过液体和固体培养基培养后,通过挑取单克隆菌落,分别从底泥中筛选出了能够降解MC-RR和LR的5种不同微生物菌种.其中筛选的菌种D降解MCs的能力最强,在3 d内可将初始浓度分别为60.1 mg·L^-1和38.7 mg·L^-1的MC-RR和LR全部降解,日均降解MC-RR和LR的速率分别高达20.0 mg·L^-1和12.9 mg·L^-1.     

水体微囊藻毒素污染对人群的非致癌健康风险

利用重庆某区2个水库的水样及水产品中微囊藻毒素的浓度,使用美国环境保护署推荐的健康风险评估模型计算微囊藻毒素通过饮水途径和食用水产品途径的人群非致癌健康年风险度以及两条途径的总非致癌健康年风险度.结果表明饮用水库A水的非致癌健康年风险度为0.001×10-6~0.004×10-6 a-1,饮用水库B水的非致癌健康年风险度为0.002×10-6~0.046×10-6 a-1;食用水库A水产品的非致癌健康年风险度为0.083×10-6~0.262×10-6 a-1,食用水库B水产品的非致癌健康年风险度为0.116×10-6~0.747×10-6 a-1,白鲢是水库A与水库B非致癌健康年风险度最高的水产品.水库A两条暴露途径的总非致癌健康年风险度的最大值为0.266×10-6 a-1;水库B两条暴露途径的总非致癌健康年风险度的最大值是0.793×10-6 a-1.水产品的非致癌健康年风险度高于饮水;水库B两条暴露途径的的总非致癌健康年风险度接近国际上最常用的最大可接受风险水平1.0×10-6 a-1.应优先加强水库B中微囊藻毒素的监测,同时限制食用水库A和水库B的水产品,特别是白鲢.     

高效降解微囊藻毒素食酸戴尔福特菌USTB-04的培养与活性研究

主要针对筛选的高效降解微囊藻毒素(microcystins,MCs)的食酸戴尔福特菌USTB-04(Delftia acidovorans,DA菌)的培养方法进行了研究.结果表明,以葡萄糖、甘油和乙醇作为惟一碳源时,与氯化铵和尿素相比,酵母粉是支持DA菌生长的较好氮源.在以酵母粉作为惟一氮源时,与甘油和乙醇相比,葡萄糖是提高DA菌生长速度的较好碳源.进一步研究显示,以葡萄糖和酵母粉作为碳源和氮源时,可以支持DA菌的快速稳定生长,但在以甘油和酵母粉作为碳源和氮源时.培养出的DA菌降解MCs的比活性最高.此研究在培养高细胞浓度DA菌作为生物催化剂用于饮用水源中的MCs去除方面具有重要意义.     

藻毒素生物降解技术的研究进展

藻毒素是湖泊水华现象滋生的有害有毒污染物,它严重恶化了饮用水水源地的水质。有效控制水华爆发及去除藻毒素是环境科学领域的一个难题。近些年来,利用生物降解技术去除藻毒素已经取得了显著的效果。笔者对国内外利用生物降解技术去除微囊藻毒素的最新研究进展进行了综述,并提出了控制藻毒素的新途径。     

微囊藻毒素的生物降解综述

从微囊藻毒素降解菌、降解途径和影响降解的因素三方面，对国内外微囊藻毒素生物降解的研究现状及发展趋势作一介绍。     

滇池底泥微生物菌群对微囊藻毒素的生物降解

采用滇池水华蓝藻中提取提纯的微囊藻毒素（microcystins，MCs）作为微生物生长的碳源和氮源，从长期暴露于蓝藻水华的滇池底泥中，通过从含低浓度到高浓度MCs的逐步培养驯化，获得了高效降解MCs的微生物混合菌群，在初始MC-RR和LR浓度大约分别为50mg／L和30mg／L下，3d内可将MCs全部降解。进一步活性研究显示，不同含碳和含氮化合物虽然能够促进混合微生物菌群的生长，但对降解MCs却无明显的促进作用，说明MCs既可以作为微生物生长的碳源，又可以作为微生物生长的氮源，在富含有机物的天然水体中并不一定能够促进微生物对MCs的生物降解。     

藻毒素在传统净水工艺中的去除特性

通过模拟试验及水厂实测数据，考察了传统制水工艺对微囊藻毒素的去除规律，结果表明：富营养化原水预氮化会导致藻细胞内的毒素释于水中，混凝沉淀通过去除藻类而去除细胞内藻毒素，但对细胞外的溶解性藻毒素无去除作用，过滤与氯消毒可去除部分细胞外藻毒素，对细胞内藻毒素的去除作用较弱，传统制水工艺不能保证出水藻毒素达标，必须采取预处理和深度处理措施。     

浮水草本浮萍对微囊藻毒素影响的试验

研究了在不同处理时间和不同初始微囊藻毒素浓度下,浮萍的生长、光合生理特性以及对微囊藻毒素的去除效果.结果表明,当MC-RR的浓度不超过960 μg·L-1时,浮萍对微囊藻毒素具有很强的耐受性,其光合生理特性不受微囊藻毒素的抑制,并且还可以通过增大生长速度来减小微囊藻毒素对自身的伤害.此外,尽管还没有直接证据表明浮萍能够降解微囊藻毒素,但浮萍确实能够在短时间内有效去除水体中微囊藻毒素,说明浮萍可能在蓝藻水华的生物治理中具有一定的应用前景.