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1、水体中微囊藻毒素污染状况及毒效应及其检测方法当前,水体富营养化已成为全球性的环境问题。联合国环境规划署发布的《全球环境展望2004年年度报告》(GEO-Yearbookof2004)表明,在其所调查的66个水域中,有40%正遭受中、重程度富营养化的影响。近年来,我国各类水体都存在不同程度的富营养化问题,湖泊水库表现得尤为明显。据1999年对全国130余个湖泊的调查资料显示,高营养化湖泊占调查总数的43.5%,中营养化湖泊占调查总数的45.0%;在我国东南部经济发达地区的湖泊富营养化常伴随着藻类的疯长,而分布在城市和近郊的一些湖泊甚至达到了超营养化状态。14在富营养化的
2、水体中,藻类异常繁殖,形成水华。蓝藻水华是最常见的淡水水华,它们大多数是有毒的。而微囊藻毒素是一种在蓝藻水华污染中出现频率最高,产量最大和造成危害最为严重的藻毒素。微囊藻毒素是强的致肝癌物质,长期接触可引起肝癌。流行病学调查显示,在我国东南沿海一些地区如江苏启东、海门和广西绥远地区的原发性肝癌与饮用水源中微囊藻毒素的高本底含量密切相关。微囊藻毒素与人类健康的关系问题已成为生命科学界、医学界和社会公众广泛关注的热点之一。为了减少微囊藻毒素对人类健康的影响,深入研究微囊藻毒素的结构特性,了解其在水体和水生生物中的污染状况以及毒效应是非常必要的。��1微囊藻毒素的结构与理化
3、性质在水华蓝藻产生的毒素中,以铜绿微囊藻、鱼腥藻和颤藻等所产生的微囊藻毒素最为普遍。微囊藻毒素(microcystin-MCYST,MC)是一类具有生物活性的环状七肽化合物,由七个氨基酸构成的环状肽链分子(D-Ala-X-D-MeAsp-Z-Add-D-Glu―Mdha/Dha),其结构式如图1。�图1微囊藻毒素的结构式�其分子上1位是Ala-右旋-丙氨酸;2,4位上的X和Z分别代表不同的氨基酸;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,简称Adda;6位
4、上是Glu-异谷氨酸;7位上是Mdha-N-甲基脱氢丙氨酸或Dha-脱氢丙氨酸。其中Adda是一种特殊的含20个碳原子的氨基酸,是微囊藻毒素生物活性表达所必需的基团。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种MC的异构体,其中3种主要微囊藻毒素异构体为MC-LR、MC-RR、MC-YR。L、R、Y分别代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。世界上含量较多,分布较为广泛的是MC-LR和MC-RR。在我国爆发水华的淡水湖泊中,往往会检测到MC-LR和MC-RR。由于MC-LR存在较为普遍,产毒量较大,毒性强,故现在在藻毒素研究上常
5、以其为代表性指标,WHO以MC-LR含量为基准推荐饮水藻毒素标准为1.0μg/L。微囊藻毒素具有环肽结构,化学性质较稳定。在实验室研究中,水库水中低浓度的MC-LR(10μg/L)不到1周就可降解,在去离子水中超过27d依然很稳定,自然水库中的不稳定性可能是由于生物降解的作用。Takenake等从湖泊表层水中分离出一种能够产生碱性蛋白酶的细菌pseudomonasaeruginsa,它能够将水中的MC降解。张维昊等的研究表明,由于微生物作用,溶液中的微囊藻毒素可以半衰期为2.5d左右的速率降解。纯化的MC在阳光照射下依然是稳定的,当毒素暴露于波长在其吸收峰周围紫外线时
6、,通过额外的异构化机制,更多的MC-LR、MC-RR被快速降解。此外,MC具有热稳定性,加热煮沸不易丧失毒性,在室温条件下干燥的MC可以保存数年之久。由于毒素构型的变化使毒性的大小差异很大,如MC-LR的毒性大大高于MC-RR。在自然条件下,温度和光照对构型的变化似乎起着很重要的作用,如不同的季节,不同的水域甚至同一水域采集到同种微囊藻毒素的毒性会有很大的差异。��2微囊藻毒素的产生机制14MC是细胞内毒素,在细胞内合成,细胞破裂后释放出来并表现出毒性。由于它的环状结构及其氨基酸的特殊结构,一般认为它不是由核糖体合成,而是由肽合成酶复合体合成的生物活性小肽。研究发现,
7、MC在藻类的对数生长期内明显增加,毒素主要集中于细胞内部,对数生长末期达最大含量;停止生长后随着藻细胞的死亡解体,细胞内的水溶性毒素不断释放进入水体。MC产生的机制有很多学说,但到目前为止尚没有令人信服的结论,现在常提到的有遗传和环境因素。遗传影响学说的支持者认为,微囊藻有毒株(toxicstrains)和无毒株(nontoxicstrains)的毒性是由遗传决定的;环境影响学说认为MC的产生受微囊藻的生长期、光照、温度和营养条件的影响,生长条件改变,毒性也发生变化,环境因子通过作用于细胞分裂速度而控制毒素产生。MC的产生与否由基因决定,现已从铜绿微
