（环境科学专业论文）典型蓝藻毒素的环境行为及富营养化污染控制实验研究.pdf

鸯野大学游士麟炎羹毕照( 学泣) 论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep r o b l e mo fw a t e rp o l l u t i o nc a u s e db ya l g a lt o x i n si ne u t r o p h i c a r e dw a t e rb o d yb e c a m ea w o r l d w i d ec o n c e r n a tp r e s e n tl a k e sa n dr e s e r v o i r si nc h i n aw e r es e v e r e l ye u t r o p h i c a t e ds ot h a tt h e d e t e r i o r a t e dw a t e rq h 瓣晦p o s e das e r i o u sh a z a r dt oh u m a nh e a l t h 。t kp r e s e n ts t u d i e sh a v ed e 鑫l t l i t t l ew i 啦l e v e l , d i s 嘲b u t i o n 。f a t e 。e x p o s u r ea p p r o a c ka n dh e a t t he f f e c to fb l u ea l g a lt o x i n s 。a s y s t e m a t i ce x p e r i m e n t a ls t u d yo ne n v i r o n m e n t a l 酶h a v i o ro f a l g a lt o x i n s 融n a t u r a lw a t e rb o d vw a s p r e s e n t e di nt h i st h e s i sa c c o r d i n gt os t a t u s 曲o v e 脚om a l o rp r o c e s s e si n c l u d i n gs o r o t i o na n d d e g r a d a t i o no ft y p i c a lb l u ea l g a lt o x i n si nw 瓣b o d yw 黜s t u d i e di nl a b o r a t o r y s o m ef a c t o r s i n f l u e n c i n gt h e s et w op r o c e s s e sa n dd e t e r m i 硝嚣gt h ef a t eo fa l g a lt o x i n sw e r ea i 辩s t u d i e d ，m a i n c o n c l u s i o n sw e r ed r e wa sf o l l o w s ：nb l u ea l g a lt o x i n si ne n v i r o n m e n t a ls a m p l e sa n da i g a lc e l l s c o u l db ee f f e c t i v e l yd e t e r m i n e db ye x t r a c t i o nw i t h7 5 m e t h a n o la q u e o u ss o l u t i o n s e q u e n t i a l p u r i f i c a t i o no n8 c 1 8s p e c o l u m r l ，a n df m a la n a l y s i sw i t h 黼，u v ：t h es o r p t i o n i s o t h e r m so f m c l 袋a n dm c 眦o ns e d m e n td e v i a t e dt 。ag r e a te x t e n tf r o ml i n e a ri s o t h e r ma n df i t t e dst y p e f r e u n d l i c hi s o t h e r l nw e l l 6 5 微囊藻属( m i c r o c y s t i s ) ，颤藻属( o s c i l l a t o r i a ) ， f b 素 鱼腥藻属( a n a b a e n a ) ，念珠藻属( n o s t o c ) ， r b 软管藻属( h a p a l o s i p h o n ) t 拟鱼腥藻属( a n a b a e n o p s i s ) , 等等 e m 节球藻毒素约6节球藻属( n o d u l a r i n ) b f 筒孢藻毒素 2 筒孢藻( c 、y l i n d r o p e r m o p s i s ) f ( e y l i n d r o s p e r m o p s i n ) f b 束丝藻属( a p h a n i z o m e n o n ) ，u m e z a k i a , 等等 神经类毒素- a 2 鱼腥藻属( a n a b a e n a ) ，颤藻属( o s c i l l a t o r i a ) ， f b 毒素 微囊藻属( m i c r o c ”t i s ) ，席藻属( p h o r m i d i u m ) f 柬丝藻a p h a n i z o m e n o c y l i n d r o p e r m o p e r m u m r b 类毒素a ( s ) l 鱼腥藻属( a n a b a e n a ) f 贝毒素约2 0柬丝藻属a p h a n i z o m e n o n , 鱼腥藻属( a n a b a e n a ) f 鞘颤藻属( l y n 2 b y a ) c y l i n d r o r m o p s i s f 内毒脂多糖内毒素( l p s ) 3 多种藻属f ( b ，m ? ) 素和海兔毒素 2 鞘颤藻属( l y n i , b y a ) 裂须藻属( s c h i z o t h r i x ) m 细胞 鞘颤藻毒素 1 鞘颤藻属( l y n g b y a ) m 毒素 注：f ，淡水：b ，咸水( 河口，咸水湖，波罗的海) ；t ，陆地；m ，海洋。 微囊藻毒素，节球藻毒素( n o d u l a r i n ) 和c y l i n d r o s p e r m o p s i n 等属于肝毒素。 微囊藻毒素为环状七肽，其结构如图1 1 所示：环( d 丙氨酸l x 赤b 甲 基d - 异天冬氨酸l - z a d d a - d 一异谷氨酸- n 甲基脱氢丙氨酸) ，其中n 甲基脱氢丙 氨酸( m d h a ) 为一种特殊氨基酸，含a 、b 不饱和双键；a d d a ( 3 - 氨基9 甲氧基2 ， 6 ，8 - 三甲基一1 0 苯基- 4 ，6 二烯酸) 是毒素生物活性表达所必需的；x 和z 在不同 的微囊藻毒素变型中代表不同的l 氨基酸并以之为该毒素命名，如：在m c l r 中， x 和z 分别为亮氨酸和精氨酸，在m c y r 中为酪氨酸和精氨酸，在m c r r 中为两 个精氨酸，在m c y m 中为酪氨酸和甲硫氨酸。节球藻毒素为环状五肽，由节球 藻( n o d u l a r i a ) 产生。目前至少已知有6 5 种微囊藻毒素变型和1 0 种节球藻毒素 变型。这些毒素能在贻贝和扇贝的消化腺内积累并沿食物链进入到高营养级生物 南嚣丈学律士磷究生毕娩( 学位) 论文第一章前言 体肉，包括鱼，乌，蠛乳动糖及人类。它髫l 对嚷巍动物来谴具有瓣毒性，动物中 毒瘢状包括虚弱，泼肤苍囱，过冷，呼吸租重，呕吐及腹泻等等，严重时导致肝 大出血及肝坏死并因呼吸臌塞而死亡。m c s 还是强的肿瘤促进剂。 ( 3 ) d - a s p ( i s o ) 图1 1m i c r o c y s f i n 的结构通式( 图中r 1 ，r z ，l t 3 为h 或c h 3 ) ( 5 ) c y l i n d r o s p e r m o p s i n 是环状鸟嗓呤生萄碱，哥隶箨巴发瑰随种交黧。 在神经毒素中，类毒素一a 和h o m o a n a t o x i n - a 为突触后腿碱功能烟碱收缩剂和神 经飘痰疆塞裁，这些生携碱戆弓| 怒蟪翼动甥骥臻，气嚷和觏痰柬颧，在鸟类孛则 导致项背反张。类毒素s ) 是一种有机磷神经毒素，能导致哺乳动物唾液分泌亢进 并抑制乙酰胆碱酯酶引起死亡。 许多蘩藻豹争 溺缉庭鼷其毒瑟多糖内毒豢( l p s ) 。箕它缨藿懿l p s 与翟瑟炎 及炎症有关，而蓝藻l p s 尚未得到充分研究。其亿来自海洋的蓝藻毒素如海兔毒 素，d e b r o m o a p l y s i a t o x i n 及鞘颤藻毒素等被证明能号l 起皮肢刺激及胃肠不邋。这些 毒索也是荑孛瘤健进帮。 唾。3 蓝藻毒素的分捂及环境惫害 世界各地发现蘸藻毒素的类型及来源可概括如袭1 2 。 表t 2 蓝藻毒素的发生 地点年份 水体类型蓝藻种类毒素种类参考文献 耍渊孛嚣 9 9 5 1 9 9 6 瀵泡 锈羝镀囊藻m i c r o c w t i sm c l m c y r , m c r r 6 a e r u g i n o s a ，绿色微囊藻 mv i r i d i s ，惠氏微囊藻m w e s e n b e r g i i 蟊奉 1 9 8 8 一1 9 9 2 避营养纯湖泊獾囊藻震，畿括繇m c r r ，- t r y r 艇甲摹7 辟 s u w a ，以及 a e r u g i n o s a 和腻v i r i d i s ，颤7 - m c l r ，类毒素a s o g a r n i 等淡水藻属以圾鱼腥藻属，包括 湖泊 as p i r o i d e s 韩国 1 9 9 2 一1 9 9 5 1 2 个湖泊6 个微囊藻属的种6 个鱼主要为m c r r , - y r , * l i l 脱 1 0 腥藻属韵种，2 个颤藻属的甲基- 7 - m c l r ，少数湖泊样 静器孛鉴定爨类毒素 南开大学博士研究生毕业( 学位) 论文第一章前言 泰国水库和池塘主要为铜绿微囊藻或主要为m c r r l r 和它们的 l l p l e u r o c a p s a l e a m ( z ) 型异构体。此外还存在 7 2 l a m e n t o u s m c y r , - l 九一t h t y r r - a r l b u ( 含l 2 氨基- n 丁酸) 欧洲葡萄1 9 9 9 ，l 一7废水处理厂 p l a n k l o t h r i xm o u g e o t f f 微囊藻毒索 1 2 牙月 m i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a p s e u d a n a b a e n am u c i c o l a 俄罗k r o s h n o s e r o 湖铜绿微囊藻c a l u9 7 2 d h a t ) m c y r ，( d h a t ) m c l r 1 3 斯d - a s p 3 ，d h a 7 ) m c l r d h a 7 ) m c r r , ( d - a s p 3 d h a 7 ) 婀r r 意大1 9 8 9 年1 月 s i m b i r i z z i，颤藻属，包括nr u b e s c e n s ，m c r r 类和m c y r 类毒素1 4 利和9 月，f l u m e n d o s a ，dt e n u i j ，nm o u g e f f i 1 9 9 0 年3 月s a np u o t o 等湖 泊 法国1 9 9 4 年5 一g r a n d - l i e u 湖铜绿微囊藻，鱼腥藻a m c l r , ( d h a t ) m c r r 等 1 5 1 0 月 c i r c i n a l i s 德国 1 9 9 8 1 9 9 9 b l e i l o c h 水库m c l r ，y r , r r ( 9 8 ) 1 6 m c l 心y r ( 9 9 ) 1 9 9 6 3 个富营养化湖 1 7 泊 苏格淡水湖s t m l s c a t颤藻属( o s c i l l a t o r i ab - a s p _ ：，( z ) - d h b m c - h t y a 1 8 兰 l o c h a g a r d h i i ) b - a s p ，( z ) - d h i , 7 m c l r 瑞士过去2 0 年东南1 1 个高山底栖蓝藻种类，如颤藻属肝毒素，神经毒素 1 9 牧场0 1 i m o s a , dt e n u i $ 比利 1 9 9 5 3 个池塘蓝藻水华( 以铜绿微囊藻微囊藻毒素，主要为m c l l l2 0 时为主)r r 。少量m c y r 芬兰淡水湖泊念珠藻( n o s m cs p s w a i n( d s o - t a d m a d d a ) m c l r , ( d -2 1 2 2 1 5 2 ) ，鱼腥藻属等 a s p 3 ， 2 3 a d m a d d a s ) m c - l h a r , ( a d m m d d m s c r t ) m c l r , 以及9 种新的肝毒性多肽等 挪威淡水湖泊鱼腥藻属微囊藻毒素 2 3 海岸贝类腹泻贝毒素，微囊藻毒素 2 4 美洲巴西c a r u a r u 水库蓝藻的七个品系微囊藻毒素 2 5 ( n p c a - s , - 1 0 ，- 1 5 ，1 6 ，1 9 ， 2 3 广2 9 ) ， 智利1 9 9 5 ，1 9 9 6r o c u n a n t 湖微囊藻微囊藻毒素 2 6 美国 1 9 9 8 h o m e 湖微囊藻属主要为m c l r ，还有1 1 种次 2 7 要组分：m c y 凡m c r r , d m a d d a ) m c l r d h d ) m c l r ， m c - f r ， c a r ， m c m ( o ) r ， m s e r 7 ) m c l r ，m c - w r 。 加拿作为饮用水来铜绿微囊藻7 种蛋白磷酸酶抑制剂，其中 2 8 大源的淡水湖包括m c o l l 非洲南非湖泊和水库蓝藻主要为m c l r 2 9 由于藻类毒素有较强的肝毒性和神经毒性作用，其危害主要表现在： 富营养化水体中的藻类毒素可造成流行病爆发，影响人体健康。由于许多湖泊、 水库是作为某些城市饮用水的供水水源，水体中的藻类毒素可通过饮水造成人体 4 南开大学博士研究生毕业( 学位) 论文第一章前言 急性中毒，严重时可危及生命。1 9 9 6 年2 月巴西一血液透析中心由于使用了含藻 类毒素污染的水作肾透析液，造成1 2 6 人出现了急性或亚急性肝中毒症状，其中 6 0 人死于肝衰竭。【j w 藻类毒素可造成水产养殖业及其它工业的严重经济损失。1 9 9 0 年代以来太湖 几乎年年出现蓝藻爆发，水体异常腥臭，严重阻碍无锡市8 个自来水厂的正常运 行，使全市8 5 的供水受到威胁。1 9 9 6 年以来以傀儡湖为水源的昆山市巴城第二 水厂多次遭受蓝藻爆发的影响而被迫减产、停产。 藻类毒素的长期慢性毒性效应严重威胁水体周围地区人们的身体健康。研究表 明，藻类毒素对肿瘤有促进作用。流行病学调查发现：我国一些肝癌高发区( 如 广西扶绥，江苏泰兴等) 的肝癌高发与当地水源中的藻类毒素污染有直接关系。 表1 _ 3 粗略总结了近2 0 多年来与人类健康有关的蓝藻毒素污染事件。 表1 _ 3 与蓝藻水华和淡水毒素有关的暴露途径和人类健康效应0 , 3 0 - 4 6 ) 暴年份地点受害人数 水源中所含蓝藻蓝藻毒素健康危害 露 途 径 饮 1 9 7 5 美国s w i c k l c y约5 0 0 0裂须藻属，鞘颤藻属，未进行毒素分析肠胃炎 用水库织线藻属席藻属 水1 9 7 9澳大利亚1 4 9 筒孢藻属筒孢藻毒素肠胃炎，肾损伤，肝 s o l o m o nd a m ( c y l i n d r o s p c r m o p s i s )损伤，肠道损伤 p a l m 岛 1 9 8 l 澳大利亚2 5 0 0 0 暴露徽囊藻属徽囊藻毒素肝损伤 m a l p a sd a m人群中抽 样 1 9 7 2 中国东南城镇每1 0 0 0 0 0徽囊藻属微囊藻毒素原发性肝癌 暴露人群 1 9 9 0 中的死亡 + 人数 1 9 8 8 巴西i t a p a r l c a2 0 0 0 人中鱼腥藻属，微囊藻属束进行毒素分析肠胃炎 库区毒，8 8 人死 亡 娱 1 9 8 98 微囊藻属微囊藻毒素肠胃炎，咽喉肿痛 乐嘴唇起泡，腹痛，发 水烧，呕吐 接 2 微囊藻属微囊藻毒素肠胃炎，咽喉肿痛， 触 嘴唇起泡腹痛，发 烧，呕吐 1 9 9 5澳大利亚7 7 7 微囊藻属，鱼腥藻属，存在肝毒素肠胃炎，类似流感症 v i c t o r i a 节球藻属，束丝藻属状，嘴唇起泡，腹痛， 发烧呕吐 1 9 9 6 英国 1 l 颤藻属微囊藻毒素皮疹，发烧 h o l l i n g w o r t h 湖 血1 9 7 4 美国华盛顿特 2 3 存在蓝藻脂多糖毒素发烧，肌痛，寒颤， 液区呕吐 透 析1 9 9 6 巴西1 1 7 ，超过存在蓝藻微囊藻毒素视觉障碍，恶心，呕 5 0 人死亡吐，肝损伤 1 4 蓝藻毒素的研究现状 目前对于蓝藻毒素的研究主要集中在以下几个方面：毒素产生的机理，毒理效 南开大学博士研究生毕业( 学位) 论文第章前言 应及纯学，分离检测方法，水处理过程中去除藻毒素的方法，环境蛸趋等。其中 大部分研究围绕微囊藻毒素进行。具体的研究现状分述如下。 1 4 1 徼囊藻毒素的产生 徽囊藻毒索建缨稳癌毒素，它在绷施内合成，缨稳破裂盖释放出泉并表残滋毒 性。由于它有很小的体积( 分子量1 0 0 0 左右) 、环状结构及其氨基酸的特殊结构， 一般认建它不纛棱糖体痰合成，露是幽默合成酶复台体会成熬生物滔性小敢，类 似于谯一些秆蔼和真菌中小敢的合成。这些小肽大多是抗生豢、免疫抑制物和一 些对动物和植物有毒的物质。关于微囊藻毒索产生的机理有很多假设，但目前为 壹巍天令久潢意熬结鬃。套辩耪考瘗熬毒戆馁：一是环境嚣予影稳，嚣一是滚媾 差异。 环境因子童要是通过作用于藻细胞分裂速度丽控制毒素产生，而不是直接作用 于毒素产生翡代谢途较。微囊藻毒素受先照、温度：蕾养盐镣多种环境因素豹影 响，其中光照可能起着非常重蒙的作用。目静比较一致的研究结果盥示光强对微 囊藻毒索有要麓影响，露适予藻细胞娥长的瀑度共不遁于毒豢静形残( 一般认为 低温( 1 8 - 2 0 0 c ) 时，微囊藻毒性最强) 。 宋立荣等对滇池水华铜绿微囊藻和绿色微囊藻的实验室研究中发现，两种微囊 藻在低维爨浓发瓣，霹必强熬瓣受力蓑，在低必强下( 1 5 弘e m 4 ) 毒索产量较毫； 研究还表明，光强对毒素的影响效果鼹到培养温度的调节，而在同一光强下，温 度的变化对毒索含量影响甚微。( 4 7 u t k i l e n 的黟 究也表明光能楚毒素产生的一个重 要割约因子，激发在麓先强下对毒素豹产生几乎没有影晌，焱有低巍强下溢发才 影响毒索的产难。有研究表明，微囊藻细胞的腺苷酸能控制簿素的产生，因此任 彝影响艨营酸鼹黄蛇戮索都会调节毒絮瓣产生，其中是照、蘩养( 磷，铁) 戆馋 用最大。在营养盐中，以磷的作用较明显，碳、氮的影响不大；微量元素中铁、 锌的影响极明照。郴 辩获滨漶审分离旗魄绿惫微囊藻瓣磅究发瑷，煮3 耱擞羹藻毒素交鍪! 被稔毒， 其中，( d h a v ) m c r r 魑主要成分，占总毒素的7 0 一8 0 。光照强度和p h 对产毒的 影响较大。在2 5 ，光照强度淹1 5m u e s m 2 时，r r 产量较蕊；高p h ( 7 0 ，9 2 ) 也 链热强r r 豹鸯产。餐没有发现总毒素和温度( ) 之闯有穰疆的关系。总毒索的 最高产量在对数生长中期检测捌。( 4 9 爨蘸对单一晶系熬藻中毒素豹交纯情嚣翘之甚少。在薅耱丝状、霪氮型浆鱼 腥藻( a n a b a e n as p p ) 中，步卜部生长戳子对调节不同毒素变激的产擞量及相对比 例起重要作用。细胞中的毒素食量随磷含量的增加而增加。筒温( 2 5 - - 3 0 ) 和 袁光照强度瀵l 试莲围瓷2 - 1 0 0 n m o l m 2 s - 1 ) 零猿少毒索戆产黛量。牾啦锈绿徽囊藻 p c c 7 8 0 6 细胞内的毒索产量与生物量没有关联，但依赖于藻细胞的生长阶段，并 在对数生长期的后期达到最大。” 勇外一些学者认为，微囊藻有毒橡( t o x i cs t r a i n s ) 和无毒椿( n o n t o x i cs t r a i n s ) 的毒性是由遗传决定的，并对微囊藻的遗传结构进行研究，结果表明，微囊藻毒 素粒合成是壶毒素默会残酶基隈多基爨控制懿，著由默合成懿复合体会或( # 棱 糖体合成的多肽) 。肽合成酶殿其编码基因在多种微生物( 如菜些藻类、细菌和真 菌) 中存在，并控制多种生物活性小肽的合成。 m e i b n e r k 等磷究了有毒葶羹无毒m i c r o c y s t i s 之霾鹣关系。德察裣渊了 m i c r o c y s t i s 的4 7 个菌株的1 6 s 到2 3 s 核糖体d n a 内转录间隔序列。结果表明， 6 南开犬学博士研究生毕业( 学位) 论文 第一章前言 m i c r o c y s t i s 可被翻分为三群。第一菌群包括脊毒和无毒菌株，第二群只有有毒菌株， 第三群只有光毒菌株。三个菌群之间的差别与表现型或藻胆色素成分之间的差别 荠无崧然联系，且羁一秘基羧型可裁霄超逮一释数袭瑷型。遵过对麓a e r u g i n o s a p c c 7 8 0 6 的d n a 序列顺序分析研究发现，这种产毒的微囊藻含有具阔源性的肽合 成酶錾因保守序列，其中至少含有两个多肽合成酶綦因，而微囊藻光毒株不具有 这些萋霆。0 2 ) k a r i n at i e s s e 等人在半持续培养的条件下，比较了藻株p c c7 8 0 6 与其微囊藻 毒素生物合成有缺陷蛇m c y 拶变异椿在生长和色素簿方面的差异。与其佳它微囊 藻菌株相比，野生登和变异澄都表域出对光的需求缀低和较低的最大比生长率。 尽管野生型和变异型在不同光照条件下的生长是相似的，变异型的细胞在限制光 照象俦下，逐是对4 2 0 7 0 0d i n 范藿凌匏光台活性疆瓣舂明黢静较麓熬特臻吸收。 变异涎细胞在光限制下所含的叶绿素a ，b 胡萝卜素，玉米黄质和海胆酮较低，在 饱和光照条件下所含的m y x o x a n t h o p h y l l 较低。尽管微囊藻毒素显然不是藻细胞生 长搿必需豹，掰蕊察爨熬交鼯鍪懿这些簸淼还是捂稔了它稻在缨藏磐过程串兹作 用。5 3 m e l a n i ek a e b e m i c k 等人的研究袭骥，铡绿微囊藻的m c y a b c d e f g h i j 熬因组 编码多聚乙醚合成酶，芎# 核糖体多默食成酶( 徽囊藻毒素合成海) 混合物，j 跑蒸因组 负责肝毒素微囊藻毒索的生物合成。从一个位于m c y a 和m c y d 之间的中心双向启 魂区开始，m c y a b c d e f g h u 基霆缝被转录菇秀令多蹶复孑髅戆操缴子，m c y a b c 和m c y d e f g h i j o 当细胞暴篇于光强为6 8 和1 6u m o l 光子m s 时，测定了m c y a 和 m c y d 的转录起始位点。在强光照和弱光照条件下，起始位点分别位于m c y d 的转 录起点主辩鹣2 0 6 帮2 5 4b p ，表溪了存在穰长一段不转录静l e a d e r r e g i o n s 。凭井维 定了m c y e ，m c y f ，m c y g ，m c y h , m c y i 和m c y j 的转录起点，但没有推定m c y b 和 m c y c 的转录起点。本磅交聚爆了反转录p c r 秘e d n a 酶快速扩增攘联合鳇方法， 也许是有关辘大的菲核糖体多肢基因组的酋次转录分析中韵一部分工作。圈1 2 描述了m c l r 的这种可能的生物合成过程。 南开大学博士研究生毕业( 学位) 论文第一章前言 图1 2m c l r 的霹能的生麴台成模戮 1 4 2 微囊藻毒素的毒理学研究 自1 8 7 8 年f r a n c i s 蓠次发戮泡沫苇球藻( n o d u l a r i a s p u m i g e n a ) 永华能够弓| 起 家畜、禽类中毒、死亡以来，有关藻类水华引起的野生动物、鱼类、家畜、家禽 中毒、死亡戆搬遵稷多。徽囊藻毒素还可逶过饮用水及再生求等途径对人类德嶷 构成威胁，主要通过抑制蛋白磷酸酶及激活激酶等途径阻断正常的信号传输途径， 从而引黢神经毒性及肝海性，在较低浓度下即研造成肝内出血及肝坏死，严重时 导致死亡；著祓谈为是强豹黪瘸诞进裁，与覆发往螽手巍窍密切关系。 1 9 9 6 年2 月，在巴两c a r u a r u 的一家血液透析单位的中毒事故中，所有病人均 出现了怨性神经毒性和涯急性脬毒性痰状。这些急性缎候包括萋靡不振，肌痛， 虚弱，躐心呕畦，轻微葑手肿大，并伴随着耳鸥，弦晕，头痛，耳聋，裔乃至豫厥 蒋神经瘫候。且千损坏从肝功能舜常迅速发展到致命的肝坏死。生物化学研究结果 显示出麓疆盘红素增多，翳兹酶功鼹彝卷，毽没有明爨鲍涯摄显示存农羞红缨庭 溶解或毛细血管病。组织学研究结果揭示了伴随着肝细胞坏死，中性粒细胞渗透， 小管胆汁淤积及再生性多核肝细胞等瘟状蔓延的一种新的急性毒性肝炎。血清样 本，盘滚透章厅器及东链淫柱中珑含畜m c s 。各种磅交结果表鞠，盘液透毒厅是一耱 高风险的暴露途径：当m c s 直接进入循环系统，它们就能导致致命的临床并发瘫， 包括急性神经疾病和亚急性肝衰竭。【j w 目漪，铰囊藻毒素的毒理学已得到充分研究。通过嗣用各种各样浆试验动物， 如小鼠和大鼠、鱼类、浮游动物、虾、贝类、民虫等，和各种暴露途径，如强饲、 3 露释大学薄壬研究生擎簸( 学疰) 论文第一章蘸言 浸没和腹腔注射等方式，对微囊溅毒素的毒性效瘦进行了广泛研究，甚鬣有些磺 究还利用了陆生和永生穰秘作为试验材料。除胡鼹其有肝毒性外，微囊藻毒素还 能危害肾、心脏、肠、脾和脑等熏要脏器，引起胃肠炎、过敏刺激反应等其它病 痰。对鱼类戆试骏表明，黢整洼懿可弓l 莛翳、鳃粒弩戆爨死或与剡量密锈稳关懿 退化；强饲可引起肝和鳃发生组织病理学的改变：浸没可使肝、鳃和肾簿器官衾 发生细胞退化和坏死。忙”5 ) 微囊藻毒素还具有一定的细胞毒性。此外，辩微囊藻 霉索静毒瑷作瑁瓿麓氇避行了深入静研究。 1 4 2 1 微囊藻毒素的肝簿性 徽囊藻毒素聪生物的毒性携用具嘉器寅特异性。微囊藻毒素具剪绝对的翳特舅 健，致死钢量( 5 0 - 2 0 0 m g k g ) 的腹腔注射能弓i 起器官结孛每损失和大面积肝出血， 接着在几小时内发生死亡。亚急性剂量最很强的肿瘤促谶剂，使得由二纛基亚硝 黢孳| 发夔丈鼠盱瑟襞改交发生熬足率增大。嚣缨熬之嚣以成为这楚毒素熬靶器害， 悬因为肝细胞和其它细胞不同，它们具有摄入和蓠积微囊藻毒索的能力。据推测， 毒索的转运决定了微囊藻辫素毒饿的特异器官选择性。” 霹予滋生大鬣肝绍稳，m c l r 、m c y r 和m c r r 魏海素酶e c 5 0 分麓为o 。2 u m l 、0 3 5u 幽毗和4 5 轴咖l 。”以t 0 0 n g k g 处理小鼠，经3 0 r a i n 后，肝组织 学表明翳继掏有鼹撮失，势发生粒坏死；经4 5r a i n 后，脬脏充血变 ! 导明鼹；在2 h 内观察到1 0 0 的死亡率，受试动物的肝脏重量增加了4 5 。译琊 k a r ie s p o l i nf l a d m a r k 等测试了一批藻毒素狂来自鲢鱼和大鼠的原生性肝细 戆中诱导茭潺亡( 调繁缨越瑟亡) 豹髭力。受试毒素包瑟嚣靶耱蔟m c l r 亵节球 藻毒素，与腹泻有关的贝海素复合物( 大阳软海绵酸，鳍藻毒素，l 和扇贝毒素1 ) 和c a l y c d i n a 。所有毒索都能在2 h 内诱导鲑鱼和大鼠肝细胞的凋亡。 鲤鱼注莉半致死稀薰豹毒素螽，可发生严重瓣j l 手损舔，包捂翳绍藏分裘窝永 肿性变性。”c a r b i sc r 等的研究表明，徽囊藻毒索以通过腹腔注射的方式注入鳃 鱼c k 弦r i n u sc a r p i ol 体内，会馒爨功能帮渗透调节功能素熬。套某些处瑗中逶过 强饲或浸没的方式使鲤鱼黎露在徽囊藻毒索中可弓i 起轻魔肝损伤和阴一阳离子平 衡失调。强饲和没没暴露的实验缝果表明在野生鳃鱼种群中不可能发生急性中毒， 毽重复暴鬃在亚致廷裁量下霉发燮慢性牵露，订” 微囊藻毒素的肝毒性与毒素浓度和蛋白磷酸酶抑制活性密切相关。衣2 8 天的 试验中，用含高纯度的毒綮或盐水的微渗透泵腹腔注射，对2 0 只雄性大鼠持续缭 以0 ，3 ，6 ，9 珏鲋鹣锾囊黎毒素。然矗疆行矗清生纯瓣试，发瑶暖鬃醇驻氮酶、天 冬氨酸转移酶、t 一谷胱甘肽转移酶、碱性磷酸酶和胆汁酸等含量升高，其升高程度 对毒素存裁量一效应关系。翳p p l 巍班1 2 a 活投下降，并表现豫甥显的潮量一效 应关系，其中毒素对p p 2 a 的效威更强些。” l mj r 等检测了l r 在小鼠血清和肝中的分配动力学。腹腔注射3 5 n g k g m c l r1 5r a i n 爱，在盘渍鞍瑟孛稔滚窭了l r ，浓凄分爨必7 8n g m t 稻4 5n g m l ； 2 h 后血清浓度达到峰值6 2 7n g m l ，1 2 h 厝肝胞液浓度达到峰值2 5 0 5n g m l 。注射 2 4 h 后，毒素浓度仍然很观，分别为血清3 7 5n e d m l ，瓣胞液2 2 8 ，6n g m l 。在1 5 m i n 和2 4 h 之闻，在血渍稻驿窿液中分秘硷灞盘了约稻当于注蓊憩量的4 4 3 5 2 和1 6 8 9 5 的l r 。7 3 1 4 。2 。2 擞囊藻毒素豹肾潆性 微囊藻毒素可通过蛋白磷酸酶抑制效应直接作用于纷脏，对肾血管、肾小球 和尿产生毒性效应。n o b r ea c l 等采用雄性和雌性成年大鼠评估了m c l r 对大鼠 骛莲懿瘸壤生瑾掌效瘦，滋l n g m l 豹裁蘩灌注至l 大鼠謦黢，暴露1 2 0 m i n 嚣对灌注 9 南开大学博士研究嫩毕业( 学位) 论文第一章前言 肾脏的病理生溅学分析表明尿中古蛋自物质，说明存在肾毒性。妒4 鲤鱼注射半致死剂量的毒索后，可观察到肾小球的b o w m a n s 包膜产生膨胀。 在注袈了致死剂量懿m c l r 熬鲤鱼孛，可鼹察戮弩枣黪承瓣。” 1 4 2 3 徽囊藻毒素的细胞毒蚀 h e n n i n gk 等研究了铜绿微囊藻p c c 7 8 0 6 的粗提取液中对4 个永久性细胞系 豹毒畿效应，缀聪在暴露磊韵凡分锋肉解俸。经裣穗缎瑰，编缒毒经效应与一种 已知分子量为3 5k d a 的化合物有关，这种化合物不耐热。这种化合物的理化性质 表明它闲l r 完全不一撵，因l r 不表现任何可检测出的缨胞凑性效戍。” j u t t af a g t n e r 等检测了1 2 个富营养化水体品系和4 个实验室品系的蓝藻的微 囊藻毒索含量及其肝毒性和细胞毒性。在2 4 个野外样晶中的6 个及4 个实验警品 系孛懿l 令中袋察到了纲戆毒装。婶 1 4 2 4 微囊藻毒素的基因毒性 微囊藻毒索可对染色体及d n a 造成损伤。m c s 能激活肝细胞内核酸内切酶 丽损害d n a ，葶| 起d n a 链静蠢赢羹鸯断裂，并是现裁鬣一反& 对闻关系。 m c l r 可引起大鼠淋巴细胞d n a 的损伤，停止注射毒素后d n a 损伤可得到 修复；m c l r 砸降低小鼠n k 缀照对y a c 1 细胞鲍系农活性。r a op v l 等硬究了 活体实验中m c l r 诱导的小鼠d n a 的损伤。通过解链d n a 的荧光分析( f a d u ) 测定了d n a 的链断裂情况。程0 5 ，1 o ，2 o 倍的l d 5 0 剂量- v ，m c l r 对d n a 豹损臻与裁量耪瓣阁密锈程关，霉拜瓣蒡手寒滚鹣各释酶表瑰爨穗戳瓣效应，始凳 酸盐脱氯酶，碱性磷酸酶和y 一谷氨酸转移酶。利用琼脂凝胶电泳评价了m c l r 诱导的染色d n a 的分裂情况。m c l r 可诱导d n a 越机分裂或断裂。貉胱甘肽预 廷理可缀大邃慈长暴露于1 0 嵇懿l d 5 0 潮量下受试动耪的存活期。“” w e n - x i n gd i n g 等研究了上海饮用水源之一的淀山湖在水华爆发过程中所产 生匏蘸缀藻萃取物戆遗抟毒性。a m e s 试验款续暴表鼹，蓝绿藻萃取物有摄强豹致 突变效斑：在骛星分析中，萃取物能在大鼠原代肝细胞培养液中诱导d n a 损坏。 此外，笨取物还能增强小鼠骨髓红细胞微核发艇率。根据h p l c 检测，萃取物的 主要裁努为黼c l 暴。坪 微囊藻毒索的基因毒性可能也与内源性的肿瘤促进剂和癌生长介质t n f 一有 关。研究表明，m c s 的促癌作用还可邋过诱导小鼠皮肤对t n f 一糕基因的表达实现， 给小鼠注入铜缭徽囊藻k 一1 3 9 麴有毒细胞粮提物哥产垒肿瘤坏死西子( t n f ) 并健使 严重的生理失调，特别是损坏肝脏而可能导致死亡。柱k - 1 3 9 毒性细胞提取物或 缝毒素瓣刺激聪，可聪察到由羧膜目熬缨躯体癸合成烈f 吨。“” s u z u k ih 等通过鸟苯苷抗性突变反应，检测到l r 对人类r s a 培养细胞具有 致突变性，浓度为1 5 m g m l 时达到最大突变率。此外，通过聚合酶链式反应( p c r ) 秘采矮毛遮黄凑营标谶探赞逡行静各耱d o t - b l o t 杂交方法溺试，奁经过暴露于 l r ( 7 5 1 5 m g m 1 ) 6 天后的r s a 细胞中，检测出其基因缎d n a 的k - r a ge o d o n l 2 上 发生碱基取代突变。“” 1 4 2 s 徽囊藻毒素静生态毒瞧效应 c h r i s t o f f e r s e nk 等的研究表明，在窗营养化的湖泊中，当爆发有毒微囊藻水华 时，异棼生滔鳇纳鞭毛虫的秽群数量秘生长速率臻显降低。褒藻细愍秘东中均可 检测出微囊藻毒素，其最大浓度分别为4 1 4 n g g 冷冻干藻细胞和1 4 l n g 1 湖水。和 水华爆发前后栩比，水华爆发时纳鞭毛虫的生长速率降低了4 9 。在实验室中的 培养实验获褥豹结采与疵类籁。l o n g 熬毒素可傻荬生长速率降低3 6 4 l ( 与 对照有晟著差别) ，1 n g ，l 的毒豢可使其生长速率降低2 4 - - 2 8 ( 与对照无显藩差 o 南开大学博士研究生毕业( 学位) 论文第一章前言 别) 。噶 t h o s t m pl 等在一系列离体和原位生命周期( 拥s i t ul i f et a b l e ) 试验中，研究 了有毒微囊藻对大型蚤d a p h n i am a g n a 的生命过程的影响。采用生存率，体重和 产卵率作为相关参数，大型蚤在有毒铜绿微囊藻c y a2 2 8 1 悬浮液( 2m gm c y s t g a l g a ld w ) 和含有天然微囊藻的湖水中的孵化进程与在栅藻属s c e n e d e s m u sa c u m s 和si m e n t s 悬浮液中的孵化进程相对比。在离体试验中，未发现参数降低。在所 有试验中，发现铜绿微囊藻c y a2 2 8 1 能减少大型蚤的生长和产卵率。在食物供 应中含天然或培养的微囊藻所孵化的大型蚤种群中，都检测出了微囊藻毒素。毒 素浓度和体长之间存在很强的负相关( r 2 = 0 7 2 ) ，毒素浓度和产卵率的负相关则较弱 ( r 2 = o 4 8 ) 8 1 1 4 2 6 微囊藻毒素对植物的毒性效应 微囊藻毒素能影响植物组织的许多活动，灌溉水中存在的毒素可能对谷物和 蔬菜的生长和发育产生可观的影响。j a c q u i m c e l h i n e y 等人进行的植物测试表明， 茄属植物s o l a n u mt u b e r o s u ml 培养物的生长和叶绿素含量分别在m c l r 浓度为 0 0 0 5 和0 0 5 1 t g c m 时受到抑制。m c l r 。r r 和一l f 能抑制s y n a p i sa l b a 秧苗生长， g 1 5 0 分别为1 9 ，1 6 和7 7p t g m l 。此外还测定了m c l r 存在时p h a s e o l u sv u l g a r i s 的 生长。在前1 8 天里，毒素几乎没有对植物生长产生效应，但影响受试植物根的发 育，使它们比在不含毒素环境中生长的植物少吸收了大约3 0 的生长基质。e l i s a 测定了暴露于毒素的植物组织中的毒素，表明食用植物对毒素的摄取可能和人体 健康有显著关联。q 砷 1 4 2 7 微囊藻毒素的毒理作用机制 在微囊藻毒素的分子结构中，a d d a 亚基对毒性表达是至关重要的。在分子水 平上，微囊藻毒素和节球藻毒素的肝毒性可首先归结为它们对蛋白磷酸酶的抑制 作用。微囊藻毒素与蛋白磷酸酶1 ( p p l ) 和蛋白磷酸酶一2 a ( p p 2 a ) 的相互作用 分为两个阶段，首先是微囊藻毒素与蛋白磷酸酶快速结合并导致酶催化亚基失活； 接着是比较缓慢的毒素对酶的共价修饰作用( 在几小时内完成) ，由亲核的磷酸酶 残基与毒素的甲基脱氢丙氨酸m d h a 部分发生迈克尔加成反应。【8 3 。”) 由于这些酶在 微生物，动物及植物体内起着调节基因，发育，代谢及生理过程等多种作用，因 此毒素对蛋白磷酸酶的抑制有着深远的后果。蓝藻毒素中毒可使组织缺氧、代谢 过程受干扰以及干扰线粒体中呼吸作用和氧化磷酸化反应之间的关系，从而诱发 要害器官功能改变。( 8 砷肝细胞在活体和离体条件下都对微囊藻毒素和节球藻毒素 的破坏极为敏感，这些毒素能经由胆汁酸传输途径进入肝细胞，使磷酸化和去磷 酸化调节失衡，并通过细胞信号系统进一步放大这种生化效应，进而导致肝细胞 损伤。而微囊藻毒素的促肿瘤作用也是通过这种方式实现的，其原理和大田软海 绵酸( o k a d a i ca c i d ) 的促肿瘤作用原理相似。此外，微囊藻毒素并不一定需要经 由胆汁酸运载就能对生物膜，无脊椎动物及植物产生负效应。与微囊藻毒素形成 明显对比的是，环状五肽的节球藻毒素并不与p p l 和p p 2 a 共价结合，并可能具 有独特的致癌性质。“” 研究表明，微囊藻毒素对p p l 和2 a 的i c 5 0 为0 1 - 1 0n v l ，它们与p p l 和2 a 的c 末端区域发生作用。微囊藻毒素与p p l 和2 a 的催化亚基形成次级共价结合 产物。这种结合是由毒素的m d h a 上的旺，6 一不饱和羰基和p p lc - 末端的c y s 2 7 3 巯 基( p p 2 a 上的c y s 2 6 6 ) 反应所产生的，而c y s 2 7 3 点突变为丙氨酸就会导致形成共 价m c y s t - p p l 加合物的能力完全丧失。 微囊藻毒素的毒性效应与毒素的疏水性有一定关系。w a r dc j 等采用h p l c 检 南开大学博士研究生毕业( 举艇) 论文第一章前嵩 灏高m c l r , 一l y , l w 和- l f 的i - 辛醇掰c 分配系数( 1 0 9p ) 分别为2 1 6 ，2 9 2 ，3 4 6 和 3 5 6 。还研究了它们对四膜虫的毒性作用。2 4 hl c 5 0 值的顺序为 m c l r - x x l w o l f ，当存程1 ( v l v ) - 甲亚磷靖，m c l r 黎l y 赘俊显著降糕。 疏水饿疑强的m c l f 的毒性比m c l r 大1 4 劐3 5 倍。m c l w 毒性和l f 相谶， 恧m c l y 鲍繇性则鼹m c l r 期m c l f 之嚼。镞囊藻爨素对水生生物的俸内凑性 察蘸承性之阕鹣歪关联，蓑释爵戳焉l o g p 定爨接述镞囊藻毒索静绪摘一活性关系。 ( 1 0 0 ) 有骚究搽涎tm c l r , m c r r 程m c y r 在拯糕受自磷酸酶传蘑戆黎一多中， 与p p - 2 a 及其溉基磷酸纯酶- a ( p l - a ) 褐结合过稷中韵效应。结采发现，p l - a 对徽囊 藻毒素结合的p p - 2 a 的亲和力与其对不结合微囊藻毒索的p n 2 a 的象翱力相比要 小4 绩，嚣戴p l - a 绥合鹫p p - 2 a 抟靖会速率晦蘸了鼬，分裁 速率璐长了2 籍。 毒素对p p 2 a 催化位点的快速结合导澈了非共价的微凝藻毒索p p 2 a 结合物的产 生。当键合物的形成足以 辔制p p - 2 a 驰催他滤性时，仅对底物结合产生部分挪铡 律蔫。三耱毒豢对p p 一2 a 其畜裙钕效成，说碉毒素与p p 2 a 瀚结合霰点穗嗣，并 引起相似的构缳改变。) 。 m c s 还霹通过影嫔缨毖滔陈遥禳鞫绩号传导等逶铃辫遗摆两诱笈黪瘗。王红 兵等缴税，m c s 能够作用予缁胞间隙邋讯系统，可鞠驻诱导细胞商游离钙离予浓 度升高，并呈良好的剂蹙效