洱海微囊藻水华的水生态风险评估研究
微囊藻毒素研究进展
淡 水 藻类 通 常 以蓝 藻 、绿 藻 、硅藻 、甲藻 、 隐 藻 、裸 藻 、金 藻 、黄 藻 等 ８ 门为主 。蓝 藻 门是 已 个
知的产生毒素最多的门类 ，这些毒素主要 以微囊藻 毒素和节 球 藻 毒 素 为代 表。微 囊 藻毒 紊 （ ｉｏ ｍｃ － ｒ ｃｓｎ）简 写 （ Ｙ Ｔ ，是 蓝藻 的微 囊 藻屑 、鱼 腥 ｙｔｓ ｉ ＭＣ Ｓ ）
维普资讯
微 囊藻毒素研 究进展
刘桂 明
微 囊 藻毒 素研 究进 展
刘桂 明 ，邓 义敏 ，李 怡
（． １ 昆明市卫生防疫站 ，云南 昆明 ６０３ ；２ 昆明市 自来水总公司 ，云南 昆明 ６０５ ） ５０４ ． ５０ １ 摘 要 ：蓝藻水华使水的感官性状恶化 ，水体 自净能力降低 ，其 中的蓝绿藻会产生对健康有潜在威胁
的微囊藻毒素，是淡水水体 中危害最大的一类。就 国内外近年来对微囊藻毒素的毒理、危害和流行病学等 方 面的研 究作 一综 述 。 关键词 ：水华；蓝藻 ；微 囊藻毒素 中 图分 类号 ：） ２ 文献标 识码 ：Ａ （４ ５
文 章编 号 ：１０ —９７ （０２ ２一ＯＯ —０ ０６ ４Ｘ ２０ ）０ Ｏ７ ３
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【 。我 国的东湖、巢湖 、太 ３ ］
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 ８ ％是产毒 的［ 。从加拿大、 ０ 引
日 、芬兰、美国、中国等地对湖水、河水 、水库 本 水、井水及 自来水等水样 的检测结果看 ，有的水体 中微囊藻毒 素检 出率高达 ６ ％ 一８ ％，源水 中微 ０ ７
洱海湖区浮游植物现状浅析
洱海湖区浮游植物现状浅析发布时间：2021-05-07T10:56:59.597Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷第3期作者：李丽怀杨旭娟和卫明[导读] 2015年1月20日，习近平总书记亲临大理洱海视察李丽怀杨旭娟和卫明云南省水文水资源局大理分局云南省大理市 671000摘要 2015年1月20日，习近平总书记亲临大理洱海视察。
总书记对洱海的未来留下了美好期许，股殷嘱托重如千钧。
大理的干部群众牢记减托，探索出了依法治湖、科学治湖、工程治湖、全民治湖和网格化管理的“四治网”治理之路，启动洱海保护治理七大行动”、“三线”划定生态搬迁等系列攻坚战和持久战。
经过近4年的保护治理，生态环境部公布显示2018年洱海水质为优，创纪录地有7个月达到Ⅱ类水质。
本文基于2017-2020年的浮游植物调查，以揭示洱海浮游植物现状特征。
关键词：浮游植物、细胞密度、优势种群洱海是云南省第二大湖泊，位于大理市境内。
面积249.0km2，最大水深20.7m，平均水深10.17m，畜水量25.31x108m3,湖区属中亚带高原季风气候,年平均气温15℃，径流年内变化主要受气候因素影响。
从20世纪40年代到2013年，洱海经历了从贫营养发展到富营养初期，在这个过程中浮游植物数量大量增长，直至开始洱海保护行动。
浮游植物动态变化是洱海水生态演变的重要基础，所以2017年起针对洱海湖区团山、海东、才村、湖心、双廊5个监测断面，每月一次的浮游植物细胞密度数据进行监测分析，浮游植物群落分布与组成调查，了解洱海湖区浮游植物群落现状，为洱海水生态恢复等研究提供科学依据。
1.材料与方法：浮游植物的采集、鉴定与计数本次研究数据来源于大理州水环境监测中心对洱海常规监测的数据，设置5个采样断面。
于2017年1月至2020年12月?，每月采样一次，共48期。
浮游植物每个采样点位分定性及定量进行样品采集。
定性样品用25号浮游生物网，在水深0.5m处以0.5m/s的速度呈“∞”型拖拉5min,带回实验室在10×20倍光学显微镜下观察分类。
微囊藻的培养和利用研究
微囊藻的培养和利用研究微囊藻被认为是一种非常重要的蓝藻，在很多方面都有着广泛的应用。
随着科技的进步和生物技术的不断发展，微囊藻的培养和利用研究也成为了人们关注的焦点。
本文将从微囊藻的生物学特性、培养技术和利用研究三个方面进行探讨。
微囊藻生物学特性微囊藻（Microcystis aeruginosa）是一种单细胞蓝细菌，属于藻类。
其在水体中生活，喜欢较浅且富含营养物质的水域，且对阳光有很高的依赖性。
在形态上，微囊藻的细胞呈卵圆形或长椭圆形，其细胞壁非常坚硬，具有一定的弹性和延展性，可以保护其不受外界环境的影响。
微囊藻的种群密度非常高，不少水域的蓝藻水华都是由微囊藻引起的。
这也是微囊藻引起人们广泛关注的原因之一。
微囊藻会分泌出一种毒性物质——微囊藻毒素，对人类、动物和植物都有一定的危害。
因此，科学家们对微囊藻的生物学特性进行了深入研究，希望通过研究，找到更好的利用方式，减少其对生态环境的负面影响。
微囊藻的培养技术微囊藻是一种非常复杂的生物体系，其培养技术也需要采取一定的措施。
传统的微囊藻培养方法通常是利用水培或附着培养等方式进行。
然而，这些方法却存在一些技术难点和问题，如培养周期长、效果不稳定等。
因此，现代科技已经引入了更加高效和人工化的微囊藻培养方法。
其中一种比较新的方法是利用循环生物反应器进行培养。
该方法利用封闭式反应器对微囊藻进行连续混合和臭氧清理，避免外界环境对微囊藻的影响。
同时，反应器内的光照、温度、pH等参数都可以通过控制来进行调整，从而实现更加精准的微囊藻生长控制。
微囊藻利用研究微囊藻是一种非常重要的生物资源，其在生态环境、农业、医药、食品等领域都有着广泛的应用。
例如，在水域中，可以利用微囊藻来净化水质，改善水体环境。
在农业领域，微囊藻可以用于肥料制造、增产增效。
在医药领域，微囊藻可以作为生产生物素、维生素C等营养物质的原料。
在食品业中，微囊藻可以作为饲料原料，也可以被直接食用，具有很高的营养价值。
小球藻水环境毒理学研究进展及应用前景
小球藻水环境毒理学研究进展及应用前景小球藻水环境毒理学研究进展及应用前景摘要：小球藻是一类广泛分布于全球水域的微型藻类，对水环境的生态安全具有重要意义。
本文综述了小球藻的生态学特征、分布情况以及其所受到的水环境中的毒理学影响。
重点关注了小球藻的毒理作用机制及对水环境生物多样性的影响。
此外，还探讨了小球藻在污水处理、水质监测以及水生态修复等领域的应用前景。
1. 引言小球藻（Microcystis）是水生领域中一种常见的蓝藻，其在全球范围内广泛分布于淡水湖泊、河流和水库等水域中。
小球藻具有较强的生物生长能力和适应能力，但其也会对水环境及生态系统带来一定的负面影响。
因此，对小球藻的毒理学研究具有重要的科学和实践意义。
2. 小球藻的生态学特征和分布情况小球藻是一类单细胞蓝藻，具有高度的多样性和生物量。
其适应性强，能够在各种环境条件下存活和繁殖。
小球藻通常在夏季和秋季繁殖较快，形成大规模的水华，并对水体生态系统产生不可逆转的影响。
小球藻的分布受到许多因素的影响，包括温度、光照、营养盐浓度以及水体流动等。
3. 小球藻的毒理学影响小球藻产生的微囊藻毒素是其对水环境产生毒理学影响的主要原因之一。
微囊藻毒素对鱼类、浮游生物以及其他水生生物具有毒性作用。
小球藻水华引发的水花毒素污染对水生生物和人类健康构成了一定的威胁。
此外，小球藻水华还会影响水体的透明度和氧气浓度，破坏水体生态系统平衡。
4. 小球藻毒理作用机制的研究进展近年来，对小球藻的毒理作用机制进行了广泛研究。
已有研究表明，小球藻毒素主要通过抑制相关酶的活性、产生自由基和氧化应激等途径对水生生物产生毒性作用。
此外，小球藻毒素还可以干扰细胞内的信号通路，导致细胞死亡。
进一步的研究将有助于揭示小球藻的毒理作用机制及其对水环境生物多样性的影响。
5. 小球藻在水环境管理中的应用前景小球藻具有良好的污水处理能力，可被用于净化废水中的营养盐和污染物。
此外，小球藻还可以用作水质监测的指示生物。
微囊藻毒素(MCs)的研究进展
微囊藻毒素（MCs）的研究进展作者：欧小蕾来源：《中国科技博览》2018年第19期[摘要]微囊藻毒素（MCs）是一类由蓝藻水华产生的一类具有环状结构和间隔双键的七肽单环肝毒素。
其具有毒性大、分布广、结构稳定，是危害人体健康的重要生物毒素之一。
本文主要对微囊藻毒素的来源、分布、化学结构、毒性、毒理效应、分离检测及脱除技术等进行综述。
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）19-0350-02随着我国经济的快速发展，工业废水、生活污水的不断增加和不合理排放，导致我国水体的富营养化程度逐渐加剧，由水体富营养化导致的蓝藻水华和赤潮的发生日趋普遍，已成为一个亟待解决的环境污染问题。
其中最为常见的次生代谢产物--微囊藻毒素（microcystins，MCs）是一类分布最为广泛的肝毒素，其能造成家畜、家禽、野生动物等的中毒死亡，人类饮用含有微囊藻毒素的水体也会导致人体肝脏器官的损伤或者诱发肝癌的高发。
因此，MCs对水体环境的污染和对人群健康的危害已成为全球关注的重大环境问题之一。
为保障人类对饮用水的食用安全，我国相关管理部门规定了对饮用水体中MCs含量的实时监测，同时对MCs的来源、分布、化学结构、理化性质、毒理毒性、检测及降解脱除技术的改进等，也将成为研究热点。
1.MCs的来源、分布MCs在蓝藻水华中出现的频率最高、产毒量最大，严重威胁人和动物的生命安全。
MCs 属于一种藻细胞内毒素，其主要在蓝藻活细胞内产生合成，当细胞衰老、死亡、溶解或破裂后，毒素就会被释放到水体中。
MCs有毒株（toxic strains）和无毒株（nontoxic strains）之分，它的毒性均由遗传基因决定。
MCs的产生同时还受到环境因素的影响，如光照、温度、pH值、营养盐浓度[1]等，其中光照是毒素产生的一个最重要制约因子[2]，其次是温度。
MCs的分布主要分为区域差异分布和季节差异分布。
目前，就我国的MCs的地域分布情况来看，华东、华南、华中以及西南地区的水体中都已检测出MCs，部分水体中MCs的浓度已超出国家生活饮用水卫生标准限值1μg/L，其中以华东地区尤为突出。
藻毒素的生态环境效应研究进展
微囊藻毒素的细菌与真菌作为水生生态系统中的消费者和分
解者，在生态系统的物质循环和能量流动中起着重 要的作用，微囊藻毒素不可避免地对其产生影响。 微囊藻毒素对细菌和真菌的抑制和促进作用均有报 道，这可能和细菌和真菌种类有关，不同的细菌和 真菌种类对微囊藻毒素具有不同的抗性，因而表现 出对相同胁迫的不同响应。
日趋严重的富营养化污染导致的蓝藻水华频发已成为全球关注的生态问题，蓝藻水 华衍生的微囊藻毒素严重威胁到了水生生态系统的稳定。由于水圈和土壤圈的物质交 换，使得微囊藻毒素能够向土壤中迁移，对陆地生态环境造成一定影响。最终微囊藻 毒素可以通过多种途径威胁到人类健康。 本文通过对微囊藻毒素的生态环境效应相关研究的总结，以期能够对今后研究中藻 毒素的生态风险评价和检测预警以及生态防控治理提供一定帮助。
水生植物作为初级生产者, 在水生态系统中起着 重要的作用，它通过净化水体、抑制藻类生长等功 能有效提高水体环境质量。但是近20 年来，湖泊 中大型水生植物生物多样性下降，一些植物在湖泊 中甚至灭绝，导致水生植物群落简化和退化，微囊 藻毒素可能在这个过程中起了重要作用。
微囊藻毒素对水环境的影响
大多数鱼类在水生生态系统的食物链中处于最 高级，鱼类通过摄食有毒蓝藻或毒素污染的低级水 生动植物使微囊藻毒素经食物链迁移进入体内并在 鱼体组织中累积。微囊藻毒素对鱼的影响因鱼的种 类不同而有很大差异，不同种的鱼类对藻毒素敏感 程度的差别很大。
微囊藻毒素对水环境的影响
水生植物作为初级生产者, 在水生态系统中起着 重要的作用，它通过净化水体、抑制藻类生长等功 能有效提高水体环境质量。但是近20 年来，湖泊 中大型水生植物生物多样性下降，一些植物在湖泊 中甚至灭绝，导致水生植物群落简化和退化，微囊 藻毒素可能在这个过程中起了重要作用。
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]。
官厅水库的微囊藻毒素及其与水环境的相关性
官厅水库的微囊藻毒素及其与水环境的相关性李慧敏;杜桂森;姜树君;吴玉梅;武佃卫;杨忠山【摘要】2007年4-11月的调研结果显示,官厅水库为富营养型湖泊,11P、TN、COD_(Mn)的含量分别为0.12、1.63、6.01 mg·L~(-1).浮游藻类密度为1794.08×10~4cells·L~(-1),其中蓝藻占51.75%,绿藻占25.12%,硅藻占12.56%,夏秋季出现了以微囊藻(Microcystis)占优势的蓝藻水华.库区水体中微囊藻毒素(MC-LR)的平均含量为0.794μg·L~(-1),但8-9月份为1.231μg·L~(-1),超出地表饮用水安全限值23.1%.统计分析显示,除受季节制约外,总磷和硝态氮可能是影响官厅水库MC-LR生物合成的主导营养因子;可溶性铁可能是MC-LR生物合成中限制性微量元素.治理水体富营养化是降低官厅水库微囊藻毒素含量,恢复其饮用水源地功能的关键.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2010(030)005【总页数】6页(P1322-1327)【关键词】官厅水库;浮游藻类;微囊藻毒素;理化指标【作者】李慧敏;杜桂森;姜树君;吴玉梅;武佃卫;杨忠山【作者单位】首都师范大学生命科学学院,北京,100048;首都师范大学生命科学学院,北京,100048;官厅水库管理处,河北,075441;北京市水环境监测中心,北京,100048;北京市水环境监测中心,北京,100048;北京市水环境监测中心,北京,100048【正文语种】中文官厅水库于1954年建成，位于北京西北约100km处，东经115°30′，北纬40°14′。
坝顶高程485 m，设计总库容22.7 ×108m3，相应水面面积238 km2。
1989年大坝加高、加固后，坝顶高程492m，总库容增加到41.6×108m3。
微囊藻毒素对水生生物的生态毒理学研究进展
China Science & Technology Overview 节能环保与生态建设微囊藻毒素对水生生物的生态毒理学研究进展*收稿日期：2020-07-08*基金项目：江苏省环境监测基金（2011）作者简介：李娣（1983—），女，江苏沐阳人，博士研究生，高级工程师，研究方向：水生态健康、环境监测。
2020年8月下第16期总第340期 23李娣"陈益滨3谢飞2（1.江苏省环境监测中心，江苏南京210000；2.江苏省苏力环境科技有限责任公司，江苏南京210036；3.浙江建设职业技术学院，浙江杭州311231）摘 要：蓝藻水华衍生物微囊藻毒素对水生生物（浮游植物、水生植物和底栖动物）产生重要的影响。
水生生物作为水生态系统 的重要组成部分，在食物链中有重要作用，并与人类健康息息相关，研究微囊藻毒素对水生生物的生态毒理学具有重要意义。
本文综 述了微囊藻毒素对水生生物的影响，展望了将来的研究方向。
关键词：微囊藻毒素；水生生物；毒理；生态效应中图分类号：X171.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）16-0023-02目前，蓝藻水华已经不仅是一种生态灾害，甚至危害 到人类健康。
蓝藻水华形成过程中还伴有大量有毒衍生物 的产生，其中危害较为严重的蓝藻水华产物是微囊藻毒素 （Cyanobacterial Microcystins, MCs ）。
水体富营养化引 发的微囊藻毒素污染已成为全球关注的热点环境问题。
有 毒蓝藻大量繁殖引起的水体藻毒素污染已经成为一个全球 性的生态环境问题，受到人们的广泛关注⑴。
MCs 主要由 浮游植物（藻类）蓝藻门中微囊藻（Microcystis ）产生, 微囊藻毒素是一种环状7肽化合物。
大量的研究主要集中 微囊藻毒素的生物积累以及生物体的毒性效应叫探索微 囊藻毒素与生物体分子学作用机理，在生物个体或生态系 统尺度上具有非常重要的研究意义。
洱海水动力特性与入湖污染物迁移扩散规律研究
剑川
鹤
庆
洪源县
宾 川
大理市 巍山 图 1 洱海流域水系及水质监测站点示意图
祥 云
弥渡
3 数据来源和研究方法
3.1 数据来源 水质数据主要来自大理白族自治州环境监测站、大理市环境监测站 2016、2018 年湖 区 17 个水质监测站点逐月水质监测资料和 2016、2018 年洱海主要入湖河流逐月水质监测资料，水质 指 标 主 要 包 括 化 学 需 氧 量（COD）、 高 锰 酸 盐 指 数（CODMn）、 总 磷（TP）、 总 氮（TN）、 氨 氮（NH3-N）、 透 明 度 和 叶 绿 素 等 。 水 量 数 据 主 要 来 自 于 大 理 白 族 自 治 州 水 文 水 资 源 局 编 制《洱 海 水 资 源 监 测 评 价 年
洱海水动力特性与入湖污染物迁移扩散规律研究
马 巍 1，周 云 2，苏建广 2，蒋汝成 2，胡新启 1
（1. 中国水利水电科学研究院 水生态环境所，北京 100038；2. 云南省水利水电勘测设计研究院 规划分院，云南 昆明 650021）
摘要：洱海是大理白族人民的母亲湖，具有浅水湖泊的水流特点。受风生湖流形态、环流结构及其空间分布差异
2 研究区概况
洱海地处云南省大理白族自治州中心地带，隶属澜沧江流域一级支流黑惠江的支流，是大理市 和 周 边 城 乡 居 民 生 产 生 活 用 水 的 供 给 源 地 。 洱 海 形 似 耳 状 ， 略 呈 狭 长 形 ， 南 北 长 42.5 km， 东 西 宽
收稿日期：2020-04-08；网络首发时间：2021-03-27 网 络 首 发 地 址 ： https：///kcm s/detail/11.5020.T V .20210325.1006.004.htm 基 金 项 目 ： 国 家 重 点 研 发 计 划（2 017Y F C 0505305） 作 者 简 介 ： 马 巍（1 976-）， 博 士 ， 正 高 级 工 程 师 ， 主 要 从 事 水 环 境 模 拟 、 水 生 态 修 复 与 调 控 研 究 。 E - m ail： 79658466@
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doi: 10.7541/2018.131洱海微囊藻水华的水生态风险评估研究刘毅杨劭刘晓峰(华中师范大学生命科学学院, 武汉 430079)摘要: 以洱海微囊藻水华为研究对象, 借鉴生态毒理学风险评估思路对藻类水华的水生态风险进行评价。
研究通过暴露实验以及查阅文献获取了微囊藻水华对底栖动物、浮游动物、鱼类和沉水植物的效应数据, 采用毒性百分数排序法推导了洱海微囊藻水华的急性和慢性效应藻密度, 用风险商值评估微囊藻水华密度的水生态风险。
进一步结合水华盖度和持续时间制定了微囊藻水华的急性、慢性生态风险评价表。
研究结果表明,微囊藻水华的急性生态风险分为低中高三级, 分别为微囊藻藻密度小于3.4×106 cells/L为低风险，微囊藻藻密度在3.4×106—3.4×107 cells/L之间为中风险，微囊藻密度大于3.4×107 cells/L为高风险。
慢性生态风险同样分为低中高三级, 分别为微囊藻藻密度小于1.1×106 cells/L为低风险，微囊藻藻密度在1.1×106—1.1×107 cells/L 为中风险，微囊藻密度大于1.1×107 cells/L为高风险。
实际应用中需综合微囊藻水华密度、面积和持续时间,制定洱海微囊藻水华水生态风险评价标准。
当微囊藻水华处于中风险状态时, 应启动预警、强化水质管理和生物抑制措施, 当处于高风险状态时, 应采取水华的应急处理措施。
研究结果有助于洱海微囊藻水华的科学管理。
关键词: 洱海; 微囊藻水华; 生态风险; 评估中图分类号: X171.5 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2018)05-1066-09浮游植物是生物圈的重要初级生产者, 也是水生态系统的基础组成部分, 在地球的碳、氧、氮、磷等生源要素循环中扮演重要功能。
浮游植物在特定的条件下可形成水华或赤潮现象。
水华通常被认为是浮游植物生长繁殖过快而产生的现象。
水华暴发时, 大量藻类在水体上层聚集形成肉眼可见漂浮层或藻细胞团。
形成淡水水华的物种多属蓝藻、绿藻，硅藻、甲藻、隐藻等水华也常有报道[1, 2]。
水华的形成是一种自然现象, 淡水水华多发生在富营养化程度较高的湖泊中, 但在水质良好的水体中也偶有小规模水华发生, 如意大利Tovel湖[3]。
严重的水华现象可导致水体缺氧、透明度降低, 有的水华藻类可产生异味物质和毒素, 并对水生态系统以及人畜饮水安全产生危害。
近几十年来我国水华发生的范围和程度呈现增长的趋势, 特别是2007年太湖蓝藻水华导致的停水事件。
该事件不仅引起公众广泛的关注, 使得政府部门对水华的治理日益重视, 另一方面也让社会公众和水环境管理者产生“恐藻”心理, 甚至于谈“藻”色变。
所以, 在水环境管理过程中, 必须准确了解不同类型、不同程度的水华所产生的危害程度, 才能采取适当的对策, 从而避免公众的漠视或恐慌。
因此, 水华的生态风险和人类健康风险评估研究, 在水环境管理中具有十分重要的意义。
虽然形成水华的藻类种类很多, 但蓝藻水华,尤其是微囊藻属水华, 是比较常见的一类, 而且部分微囊藻种/株能产生微囊藻毒素, 严重威胁人类饮用水安全和水生态健康, 因而最受关注和重视[4]。
微囊藻水华对人类健康的风险已有大量研究, 在此基础上各国政府已制定相关标准。
如世界卫生组织在娱乐水质准则里规定微囊藻毒素10 μg/L以下为低风险[5]; 加拿大卫生组织在娱乐水质准则里规定第 42 卷第 5 期水生生物学报Vol.42, No.5 2018 年9月ACTA HYDROBIOLOGICA SINICA S e p.,2018收稿日期: 2017-11-27; 修订日期: 2018-05-07基金项目: 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07105-005); 国家基金面上项目(31670464); 华中师范大学中央高校基本科研业务费项目(CCNU18TS023)资助 [Supported by the The National Water Pollution Control and Treatment Science andTechnology Major Project (2013ZX07105-005), the National Natural Science Foundation of China (31670464), Self-determinedResearch Funds of CCNU from the Colleges’ Basic Research and Operation of MOE (CCNU18TS023)]作者简介:刘毅(1989—), 男, 湖北孝感人; 博士研究生; 主要研究方向为水污染生态学。
E-mail: liuyiabcd@通信作者:杨劭, 教授; E-mail: mryangshao@微囊藻毒素限值为20 μg/L[6]; 我国生活饮用水卫生标准《GB5749－2006》规定微囊藻毒素含量不能超过1 μg/L。
不仅如此, 部分国家还制定了娱乐用水、灌溉水、牲畜饮用水等地表水的蓝藻水华藻密度标准: WHO规定娱乐用水蓝藻密度<2×107 cells/ L为低风险、(2—10)×107 cells/L为中等风险、(10—100)×107 cells/L为高风险水平[5]; 加拿大政府对娱乐用水限值为蓝藻密度不大于1×108 cells/ L[6]。
然而在水华的水生态风险评估方面, 相关研究报道很少, 也没有任何国内外机构制定水华的水生态风险评价标准, 因此对各种水华的生态危害程度难以准确判断, 从而无法对相关水体进行科学管理。
洱海是云贵高原第二大淡水湖泊, 是大理人民主要的生活、生产水源地, 被大理白族人民视为母亲湖。
洱海从1996年开始, 1998、2003和2013等年度多次发生大规模蓝藻水华, 小规模蓝藻水华则更为常见[7]。
目前洱海水生态系统被认为是处于草型清水稳态和藻型浊水稳态之间的过渡态, 系统仍有可能转化为藻型浊水稳态, 其水生态系统修复成为当务之急的治理任务[8]。
据报道, 2013年秋季洱海大规模蓝藻水华发生期间胞外藻毒素平均含量低于0.005 μg /L, 胞内浓度均值也在0.016—0.069 μg/L [9],水中微囊藻毒素接近但仍低于我国饮用水卫生标准。
但洱海频繁发生的蓝藻水华, 在持续时间、面积、藻密度方面各有不同, 其对水生态系统退化的作用究竟有多大？如何准确判断各种程度的蓝藻水华危害？急需有针对性地开展水华的水生态风险评价研究。
为了研究洱海微囊藻水华的水生态风险, 本研究借鉴生态毒理学风险评价思路, 从洱海水生态系统保护的角度出发, 测试微囊藻水华对洱海水生生物的综合影响, 受试物种(包括文献搜集)包含了底栖动物、浮游动物、鱼类和沉水植物, 以此为影响参数, 再按照美国环保部推荐的水生生物基准推导方法制定洱海的微囊藻水华生态效应阈值, 并根据效应阈值进行风险评价。
本研究获得的洱海微囊藻水生态风险评价标准将有助于洱海水环境管理和治理, 对其他水体的微囊藻水华风险评估也有参考价值。
1 材料与方法1.1 实验材料与仪器设备微囊藻采自大理喜洲镇湖边池塘以及洱海湖湾中。
微囊藻藻浆经筛网过滤除杂质并用蒸馏水冲洗, 再用25号浮游植物网(64 μm孔径)浓缩备用。
经镜检, 浓缩藻液藻密度约为(2.19—3.55)×109 cells/ L, 主要是铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii), 微囊藻细胞相对丰度大于95%。
实验用的鲫(Carassius auratus Linnaeus)、麦穗鱼(Pseudorashora parva (Tem-minck et Schlegel))、钩虾(Gammarus sp.)从洱海捕获, 春鲤(Cyprinus longipectoralis (ChenetHuang) )购于洱源茈碧湖渔场, 挑选活泼无伤痕, 体长一致的鱼、虾在盛山泉水的实验水池中驯养一周。
金鱼藻(Ceratophyllum demersum Linn)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum Linn)、光叶眼子菜(Pot-amogeton lucens Linn)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A. Benn)采集自喜洲镇附近湖湾, 摘剪长势良好、长度一致, 基本无分枝的茎段在实验水池中驯养一周。
各实验材料初始基本信息见表 1。
藻细胞计数方法参照《水和废水监测第四版》, 吸取0.1 mL充分震荡摇匀的样品注入0.1 mL 计数框, 在10×40倍下显微镜(舜宇光学 EX30)计数。
溶解氧使用哈希HQ30d溶氧仪进行测定, 水体Chl. a、TN、TP等水质参数参照《水和废水监测第四版》方法测定。
1.2 微囊藻水华对鱼类的急性效应实验用水将浓缩微囊藻藻液稀释成4个浓度梯度,藻细胞密度梯度在107—109 cells/L, 根据预实验及表 1 受试生物基本信息Tab. 1 Basic information about the main objectives of the study物种Species拉丁名Latin name平均长度Average length (cm)平均鲜重Average fresh weight (g)鲫鱼Carassiusauratus Linnaeus 5.02±0.83 5.39±1.96麦穗鱼Pseudorashora parva (Temminck et Schlegel) 4.24±0.59 1.36±0.37春鲤Cyprinuslongipectoralis (ChenetHuang) 4.52±0.39 2.42±0.56钩虾Gammarus sp. 2.58±0.360.15±0.04金鱼藻Ceratophyllum demersum Linn20±0 1.97±0.57狐尾藻Myriophyllum spicatum Linn15±0 1.36±0.42光叶眼子菜Potamogeton lucens Linn13±0 1.62±0.33微齿眼子菜Potamogeton maackianus A. Benn16±00.29±0.075 期刘毅等: 洱海微囊藻水华的水生态风险评估研究1067鱼种的耐受性, 不同鱼种的梯度实验水体藻密度略有差异。