（环境科学专业论文）赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究.pdf

3 赤潮异弯藻对鲈鱼和牙鲆鳃细胞n a + k + a t p a s c 活性的影响 赤潮异弯藻对鲈鱼和牙鲆鳃细胞n a + m + - a t p a s e 活性的影响均显著( p d 0 5 ) 。 在较低实验浓度下赤潮异弯藻对鲈鱼和牙鲆鳃细胞n a + k + - a t p a s e 有激活的现象， 但随着藻浓度的升高和有毒藻液中暴露时间的延长，鲈鱼和牙鲆鳃细胞 n a + k + - a t p a s e 的活性受到抑制c p ( o 0 t ) ，鲈鱼和牙鲆鲤细胞n a + k a t p a s e 的活 性与暴露在赤潮异弯藻中的时间、浓度表现出一定的时间剂量一效应关系，鱼类 鳃细胞n a + k + - a t p a s e 活性的变化可作为监测赤潮异弯藻对海洋鱼类亚致死影响 的一项指标。 关键词：赤潮异弯藻；塔玛亚历山大藻；氮、磷、铁；生长；毒性；n a 卜盯p a s o a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e de f f e c t so fn u t r i t i o nf a c t o r so nt h e g r o w t ho f h e t e r o s i g m aa k a s h i w oa n da l e x a n d r i u mt a m a r e n s ea n dt h et o x i c i t ya n dt h et o x i c i t y m e c h a n i s mo ft h e s et w ok i n d so ft o x i ca l g a eo nt h ef i s h t h i sr e s e a r c hh a sv e r y i m p o r t a n tm e a n i n gt ot h ee v a l u a t i o no ft h eh a r m f u la l g a lb l o o m so nt h em a r i n e b i o l o g yr c s o u t v 七，r e d u c i n gt h el o s i n go ff i s h e r yp r o d u c t i o n , a v o i d i n gt h eh a r mt o h u m a n sh e a l t h t h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e da sf o l l o w i n g s ： 1r e a s e a r c ho f t h ee f f e c t so f n i t r o g e n , p h o s p h o r u sa n di r o no nt h eg r o w t ho f h e t e r o s i g m aa k a s h i w oa n d a l e x a n d r i u mt a m a r e n s e a c c o r d i n gt ot h eo n e - f a c t o re x p e r i m e n to f t h ee f f e c t so f n i t r o g e na n dp h o s p h o r u s o nt h eg r o w t ho f h e t e r o s i g m aa k a s h i w o ，t h eo p t i m u mc o n c e n t r a t i o nr a n g eo f n i t r o g e n a n dp h o s p h o r u sf o rt h eh e t e r o s i g m aa k a s h i w ow e r e8 8 2 3 5 2 8 p m o l la n d7 2 4 2 8 9 6 1 1 m o l lr e s p e c t i v e l y ；t h eb e s tr a t i oo f n pw h i c ha d a p t e dt ot h eg r o w t ho f t h e h e t e r o s i g m aa k a s h i w ow a s2 4 a c c o r d i n gt ot h eo n e - f a c t o re x p e r i m e n to ft h ee f f e c t so fi r o no nt h eg r o w t ho f a l e x a n d r i u mt a m a r e n s e ，t h eo p t i m u mc o n c e n t r a t i o n r a n g eo f i r o nf o r t h e a l e x a n d r i u m t a m a r e n s ew a so 5 8 e m o l l ( t h ei r o nc o n c e n t r a t i o no f t h es e aw a t e rw a s2 0 4 3 1 _ i g l ) ； t h eo r t h o g o n a lt e s to ft h et h r e ef a c t o r so fn i t r o g e n , p h o s p h o r o u sa n di r o n ns h o w e d t h a tt h eo p t i m a lc o n c e n t r a t i o n so ft h et h r e en u t r i e n t sw e r e 够f o l l o w s ：4 4 1 t m a o l l , 1 8 1 i _ t m o l l , 5 8 1 x m o l l n a h 2 p 0 4w a st h ed o m i n a n tf a c t o r o ft h e n i t r o g e n , p h o s p h o r u sa n di r o n 2t h ee f f e c to fa l g a lc u l t u r ea n dd i f f e r e n tf r a c t i o n so fh e t e r o s i g m aa k a s h i w oa n d a l e x a n d r i u mt a m a r e n s eo nt h ep a r a l i c h t h y so l i v a c e u si nd i f f e r e n tg r o w t hp h a s e s ( p a r a l i c h t h y so l i v a c e u $ l a r v a ea n d j u v e n i l e ) t h ea l g a lc u l t u r eo f h e t e r o s i g m aa k a s h i w oa n da l e x a n d r i u mt a m a r e n s eh a dt h e r e m a r k a b l eh a r m f u li n f l u e n c eo nt h ep a r a l i c h t h y so l i v a c e u so fi t sd i f f e r e n tg r o w t h p h a s e s ( p 0 0 5 ) ，b u tt h et o x i c i t yo f a l g a lc u l t u r ea e t h a go nt h ee a r l yd e v e l o p m e n t w a s t h eh i g h e s tt h ew a y sl e a d i n gf i s h e r yo r g a n i s mo ft h et w ok i n d so fa l g a lt ot o x i c i t y a l en o to n l yb ye a t i n ga l g a lc a u s i n gt h ea c e u m n l a t i o ni nb o d yo fa l g a lt o x i n , b u tt h e d i r e c tt o u c h i n go f a l g a lo rt h et o x i np r o d u c e db yt h ea l g a lc e l le m i t t i n gi ns u r r o u n d i n g s c a w a 把rw e r ea l lc o u l dc a u s et o x i ce f f e c t t h et o x i c i t ye f f e c to fa l e x a n d r i u m t a m a r e n s eo nt h ep a r a l i e h t h y so l i v a c e u sm a i n l yc a u s e db yp s pa n dn o v e ls u b s t a n c e s w h i c hc o r r e l a t e dt ot h es t t r f a c eo f a l g a lc e l l 3e f f e c t so fh e t e r o s i g m aa k a s h i w oo na c t i v i t yo fn a + k + - a t p a s ei ng i uc e l l so f l a t e o l a b r a x j a p o n i c u sa n dp a r a l i c h t h y so l i v a c e u s e f f e c t so fh e t e r o s i g m aa k a s h i w oo na c 垃v 埘o fn a + k + - a t p a s ei n 础c e l l so f l a t e o l a b r a xj a p o n i c u sa n dp a r a l i c h t h y so l i v a c e u sw e r es i g n i f i c a n ta p o 0 5 ) ，w h i l e t h ec o n t r o lg r o u pw a sn o ts i g n i f i c a n tp o 0 5 ) n a + k + - a t p a s ea c t i v i t yw a sa c t i v a t e d s i g n i f i c a n t l yt e m p o r a r i l ya tt h el o wc o n c e n t r a t i o no fh e t e r o s i g m aa k a s h i w oi ns h o r t t i m e ，w h i l et h e 础n a + f k + - a t p a s ea c t i v i t yw 鹞d e e r e a s e da n di n , h i b i t e 6s i g n i f i c a n t l y a st h ee x t e n to f e x p o s u r et i m ea n dt o x i cc o n c e n t r a t i o n ( p ( o 0 1 ) t h ed o s e - r e s p o n s e r e l a t i o n sw e r eo b v i o u s t h ec h a n g eo fg i l ln a + k + - a t p a s ea c t i v i t yc o u l db eu s e da s a ni n d e xo f h e t e r o s i g r n aa k a s h i w oh a r m f u li n f l u e n c et ot h ef i s h k e yw a r d s ：i t e r o s i g r n a a k a s h i w o ； p h o s p h o r u sa n d ir o t l ：g r o w t h ：f i s h ： a l e x a n d r i u t at a m a r e n s e ；n i t r o g e n t o x i c i t y ；n a * p - t p a s e 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 前言 海洋赤潮( r e dt i d e ) 是海洋的生态异常现象，随着世界经济发展，沿海地区 大量工农业废水、生活污水和养殖废水排放入海，日趋严重的水体富营养化使赤 潮的发生成为全球性环境问题。赤潮在1 9 9 0 年被联合国列为当今世界三大近海 污染问题之一，赤潮灾害的多发性和普遍性极大危害了海产养殖业和渔业资源， 严重破坏了正常的海洋生态系统，海洋赤潮特别是有毒赤潮更为各国科学家所重 视，并成为当今赤潮研究的热点之一。许多赤潮生物所产生的毒素不但能使其他 海洋生物中毒，而且能引起海洋养殖鱼类的大量死亡，甚至能引起人类因食用被 有毒赤潮污染的海产品而发生的严重中毒事件，有毒赤潮造成了巨大的经济损失 甚至威胁到人类的身体健康，故目前称这类赤潮为有害赤潮( h a r m f u lr e dt i d e ， m m ) 。近年来，随着人类活动对海洋生态系统影响的增加，有害赤潮对环境和 经济的影响也在不断增大，不仅严重危害海洋渔业和养殖业的发展、恶化海洋环 境、破坏生态平衡、损害滨海旅游业，而且赤潮毒素还通过食物链导致人体中毒， 危害人体健康，因此，有害赤潮引起了各国政府及科学界的高度重视，日本、加 拿大、法国、挪威、瑞典和美国在9 0 年代都设立了全国性的国家赤潮研究计划， 欧洲各国联合建立了欧洲的赤潮研究计划( e u r o m 姬) ，联合国海洋环境保护 专家组( g i s 址但) 也把有害赤潮优先列入世界三大海洋环境问题之一来进行研 究。联合国政府间海洋学委员会( i o c ) 和海洋研究科学委员会( s c o r ) 组成 的赤潮联合工作组，于1 9 9 8 年1 0 月在丹麦制定了一项全球有害赤潮生态学和海 洋学研究规划( g e o h a b ) 。我国自7 0 年代末也开始重视赤潮的研究，在1 9 9 0 年和1 9 9 7 年先后设立了两个针对赤潮的基金重大项目：“中国东南沿海赤潮发生 机制研究”和“中国沿海典型增养殖区有害赤潮发生动力学及防治机理研究”， 以加强我国有害赤潮的研究。经过国内外科学家的不懈努力，在赤潮的形成机制、 危害及防治等方面都取得了一定的进展，但赤潮毕竟是一个相当复杂的多学科问 题，人们对它的认识还有待于迸一步加深。 海洋中能引发有毒赤潮的生物多数是甲藻，这些有毒藻类的聚集必然会对周 围海域生态环境造成危害，特别是海洋生物更是首当其冲。我国渤海，南海近年 来发生的特大赤潮导致赤潮发生区的鱼、虾、贝等经济海洋生物大量死亡，造成 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 的直接经济损失达十余亿元。目前，有毒赤潮藻类及毒素对海洋生物的毒性效应 及其机理的研究也越来越受到各国科学家们的重视，大量研究结果表明，有害赤 潮产生的毒素如麻痹性贝毒、短裸甲藻毒素、溶血性毒素、细胞性毒素和氨等均 能导致鱼类大量死亡，另有文献报道，藻毒素对鱼的毒性作用靶器官为鳃，毒素 对其生物膜的可逆作用引起通透、泄漏使之死亡，美国科学家n o g a 于1 9 8 8 年 在一次养殖鱼死亡事件中发现了有毒藻类p f i e s t e r i a p i s c i c i d a 对3 2 种硬骨鱼和贝 类均有类似的致死作用，且在低密度的慢性作用下，会严重损害鱼的免疫系统， 影响鱼种群数量。因此，有毒藻类的存在，特别是有毒赤潮藻类的密集程度究竟 会给海洋生物造成何种程度的危害，是十分值得研究的课题。 本实验主要研究了营养盐及微量元素铁对赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻生 长影响的研究其生长的最佳营养条件，以期为富营养化浮游植物的群落结构变动 生存策略机制及赤潮的发生提供一定的科学数据和理论基础。本研究着重研究了 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻各组分对海洋鱼类的仔鱼、稚鱼和幼鱼等生命早期 阶段的毒性效应、各生命阶段的急性和亚急性毒性，并开展了有毒赤潮藻类对养 殖鱼类鳃细胞n a + k + - a t p a s c 活性的影响，为揭示赤潮毒素对鱼类致毒作用及毒 性机理，对评估海洋有毒赤潮对生物资源和养殖生产的危害，减少渔业生产损失， 避免对人类的健康造成危害具有十分重要的意义，为有毒赤潮藻类可能对海洋生 态环境、海洋生物和海水养殖业造成的影响做出更为准确的预测以及为早期预警 信号提供科学依据。 2 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 第一部分文献综述 2 0 世纪以来，特别是5 0 年代以后，由于工农业生产的迅速发展，特别是沿 海地区工厂日益增多，许多沿海国家将大量工业废水和生活污水排放入海，使河 口、内湾和沿岸水域的水质严重污染和富营养化，致使赤潮的发生越加频繁，区 域不断扩大。赤潮已成为当代侵扰许多沿海国家的一种世界性海洋灾害，赤潮灾 害的多发性和普遍性极大危害了海产养殖业和渔业资源，严重破坏了正常的海洋 生态系统。首先，赤潮的发生，破坏了海洋的正常生态结构，因此也破坏了海洋 中的正常生产过程，从而威胁海洋生物的生存。其次，有些赤潮生物会分泌出粘 液，粘在鱼、虾、贝等生物的鳃上，妨碍呼吸，导致窒息死亡，含有毒素的赤潮 生物被海洋生物摄食后能引起中毒死亡。人类食用含有毒素的海产品，也会造成 类似的后果；再次是大量赤潮生物死亡后，在尸骸的分解过程中要大量消耗海水 中的溶解氧，造成缺氧环境，引起虾、贝类的大量死亡因此，赤潮及其毒素对 沿海水产养殖业造成的损失是不容忽视，我国1 9 9 8 年春在广东沿海和香港海域 发生的几次赤潮，造成网箱养殖鱼类大量死亡，仅直接经济损失就高达4 亿多元 i l 】。人们对有害赤潮藻类及其毒素对海洋生物的影响也越来越重视，本文收集了 国内外主要研究成果并进行了概括，综述了有害赤潮藻的研究进展及其对鱼类的 危害，以期为我国在赤潮危害研究、减灾和应急处置措施方面提供科学依据。 l 有害赤潮藻的研究进展 1 1 赤潮藻的分类学研究 有害赤潮生物分类研究是赤潮研究中最基本、最关键、最困难的课题之一， 精确的赤潮生物分类在赤潮生物的生态学和毒素、毒理学研究，以及赤潮的预测 和防治对策研究中具有重要地位。 一 一一 一 赤潮生物分类学的研究开展的较早，许多种都是1 0 0 多年前建立的【l 】，后来 随着科学的进步，研究手段的提高，特别是二十世纪五六十年代以后，随着光学 显微镜、电子扫描显微镜的出现，对海洋生物尤其是海洋微藻的分类和细胞结构 的认识迈进了一大步，不断发现了一些过去采集时往往被忽略的微型和超微型浮 游植物，使得以形态学为依据的分类学研究取得了显著的进展，大多数赤潮生物 有了一定的分类地位1 2 1 。但以形态学为依据的生态学研究，尤其是微型赤潮甲藻 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 的分类，由于用普通光镜难以看清其表面结构，常常会出现种名名称混用现象， 例如，膝沟藻属g o n y a u l u x 就有a l e x a n d r i u m ，p r o t o g o n y a u l u x 和p y r o d i n i u m 等 属名。因此，近年来。随着技术进步和解决微型( 电o p m ) 赤潮甲藻个体小、分 离培养、分类困难的需要，人们开始尝试把免疫学技术和分子生物学技术应用于 有害甲藻的识别，并取得了一些成果【3 1 。s a k o 等在多甲藻、长崎凯伦藻( k a r e n i a m i k i m o t o o 和链状亚历山大藻似，c a t o n e l l a ) 的研究中，采用了同功酶分析的方法【4 】； s a k o 等人又研究了运用单克隆抗体技术于亚历山大藻的种类鉴定的可行性嘲。我 国的陈月琴等报道了南海产的塔玛亚历山大藻的分子及地理标记分析结果，揭示 了r r n ai t s 区用于该属的分类鉴定是一个稳定的指标 6 , 7 1 ；s e h o l i n 等人则采用 p c r 技术提出了r r n a 的碱基序列可以用于亚历山大藻的种类鉴定 8 1 。但“灵敏、 实时、快速”的分子生物学检测技术的实际应用还有待进一步的开展。 1 2 有害赤潮藻生长特性的研究 赤潮藻和其他生物一样，与生活环境有着密切的关系。水环境中的光、温度、 盐度、营养、溶解气体( 如二氧化碳) 、酸碱度和生物因子等环境条件都对赤潮 藻的生长繁殖产生深刻的影响1 9 ，因此，国内外学者对影响赤潮藻生长的各种因 素均进行了研究，当然，这些因素对藻影响的大小与藻本身的性质有很大的关系。 如赤潮异弯藻生长的最适温度、光照、盐度条件分别为2 5 1 3 、1 6 x1 0 1 6s 1 锄2 、 1 0 1 5 1 0 1 ，而塔玛亚历山大藻的最适温度、光照、盐度条件分别为1 9 1 2 、1 6 x 1 0 1 6s 1 向n 2 、3 0 t 1 1 1 。我国对夜光藻、海洋原甲藻、微型原甲藻、裸甲藻、亚历山 大藻、赤潮异弯藻、中肋骨条藻、尖刺拟菱形藻等的生理生态学特性及常量营养 盐( 例如n 、p 等) 与微量营养元素( 包括f e 、m n 等) 的不同剂量和化学状态对 赤潮藻的影响进行了研究 1 2 , 1 3 , 1 4 1 但对于赤潮多发区富营养化成因、与赤潮暴发 的关系，以及与赤潮相关的生态系统中生物间复杂的相互作用关系还有待进一步 的研究。 1 3 赤潮藻类生活史的研究 在营养条件满足的情况下，赤潮生物一般都是无性繁殖，但有些赤潮生物在 生活史中存在胞囊期。如甲藻的生殖方式是无性生殖，而在环境条件不利时，甲 藻进行有性生殖，形成暂时性胞囊。暂时性胞囊是甲藻越过恶化环境的手段。休 4 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 眠型胞囊的成熟、保存、发芽等问题一直是学者们十分关心的问题。因为这种胞 囊是赤潮生物种子，也是赤潮区域性很强的原因。a n d e r s o n ( 1 9 8 0 ) 把a t a m a r e n s e 的休眠型胞囊从5 0 c 移到1 6 0 c ，至少要4 个月休眠期才发育，而在2 2 0 c 一月 后发育。 在我国南部海区开展了孢囊的采集和分析工作、分离鉴定了2 0 多种孢囊， 并确认了在大鹏湾( 如1 9 9 4 年7 月发生的亚历山大藻赤潮) 和大亚湾1 9 9 8 年9 月 发生过的锥状斯克里普藻赤潮皆与孢囊有关【l 习。对夜光藻的两种繁殖方式进行了 较深入的研究，发现体外有机态氮类化合物有可能影响到细胞的生活史和繁殖方 式。还需对赤潮多发区赤潮种的源头，孢囊营养细胞循环的动态过程，以及它们 得以旺发的竞争机制进行深入的研究。 1 4 赤潮藻类毒素的研究 从1 9 世纪初期，人们就知道海产贝类和鱼类有可能产生毒素，但是，直到 1 9 世纪4 0 年代，还没有认识到其中一些毒素是来自海洋微型藻类。1 9 4 3 年，日 本一些学者采集了海洋微型藻并得到毒素，后来人们得到了p s p ，并从中分离出 了n s p ( n e u r o t o x i cs h e l l f i s hp o i s o n i n g ) 。实际上世界各地很早就不断有p s p 中毒 事件的报道。s c h e u e r 等人从8 0 0 多条鳗鱼的内脏提取了4 5 0 m g 的西加毒素( 和河 豚鱼毒素相同) ，并研究了它的分子结构和特性。1 9 7 8 年，日本学者y a s u m o t oe t a 1 发现了腹泻性贝毒d s p ( d i a r r h e f i es h e l l f i s hp o i s o n i n g ) ，到目前为止，这几种 毒素的分子结构、分子量、化学特性、物理特性、毒理、贝类的蓄积情况已基本 搞清楚【1 6 , 1 7 , 1 9 。 从1 9 6 1 年正式报道了一种麻痹性贝毒( p s p ) 以来，4 0 余年里不断有各种毒素 及其中毒事件的报道，国际社会对这些事件给予高度重视。1 9 7 4 年召开了第一 次国际有毒鞭毛藻水华的会议。1 9 8 5 年以后，每两年召开一次会议，代表了有 毒藻类研究的主流和方向。从第一届会议至今，讨论的主要议题有赤潮生物及赤 潮发生的海洋学条件；水文条件与赤潮；p s p 的离析，结构分析，毒理；水文条 件和甲藻激发、生长、聚集；p s p 的毒理( 电生理) ，h p l c ，p s p 的抗体；毒素受 体：单细胞藻株培育技术；藻毒与细菌关系；甲藻分类；赤潮机理与模式，毒素 与毒藻的关系，毒素测定和细胞内定位等。由于日本是赤潮多发国家，所以近 2 0 年来，日本投入了大量的资金研究赤潮及有毒甲藻【l 】。在日本对赤潮及有毒甲 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 藻毒素的研究已形成了完整的体系，为制定有关标准和立法提供了依据和基础资 料。目前，日本研究主要在于富营养化对策和赤潮的预测防治。美国的赤潮研究 在1 9 5 0 年左右就开始y t l 8 l ，1 9 4 6 1 9 7 0 年期间，主要研究短裸甲藻的毒素、实 验室培养、现场藻类密度计数、筛选抑制其生长的物质、毒素理化分析、生成环 境和大量繁殖模式。在8 0 9 0 年代美国主要研究有毒赤潮生物的监测、毒素在 海水和沉积物中的保留时间、各食物链中海洋生物的敏感性及其死因、死鱼的利 用和消除、陆地排污与赤潮生物。1 9 9 2 年美国计划中的有毒甲藻研究中心新建( 佛 罗里达) ，包括各大学和研究所的研究机构，与欧亚等世界各国研究人员合作， 研究有毒甲藻分类学、生理生态学和毒物学。后者主要对不同有毒甲藻品系进行 毒性研究，毒素的多重性及其合成。 在我国，研究了在南部海域发生赤潮的棕囊藻所产生的溶血毒素，并对毒素 进行了分离、纯化和结构鉴定【1 9 】。建立和完善了毒素的h p l c 分析方法，并应 用此方法对我国的藻毒、贝毒分布以及一种重要的p s p 原因藻亚历山大藻的产 毒生理学进行了研究。下一步应深入展开有毒赤潮及其毒素对我国海洋生态环 境、海产养殖，以及人类健康影响的机理及可能的预防对策的研究。 2 有害赤潮藻对鱼类影响的研究进展 鱼类是我国乃至世界上重要的海水养殖生物，在海洋生态系统中占有重要地 位，但近十年来，有害赤潮越来越频繁，对海洋生物危害的事件不断发生目前 为止，共发现有7 0 种以上的赤潮藻能以直接或问接的方式对鱼类产生影响，甚 至导致鱼类大量死亡。有害赤潮藻对鱼类的影响是多方面的，包括对鱼类存活及 生长、繁殖、摄食及行为等方面，再者，从亚急性影响来看，有害赤潮藻可以对 鱼类的酶活性、细胞、组织超微结构等方面产生影响。 首先是有害赤潮藻对鱼类存活和生长的影响。贝类摄食有毒藻类本身并不中 毒，因为贝类对赤潮可产生抗体，因此能在赤潮状态下生存，鱼虾等水生生物对 赤潮毒素比较敏感。如海洋生物中，由于贝类对麻痹性贝毒具有极强的抵抗性， 因此这种毒素就在贝类体内储存积累，人类或动物食用这些有毒贝类会产生一系 列神经麻痹症状，严重的可能致命。与贝类相比，鱼类对这种毒素却极为敏感。 腹腔注射时，其对鱼类的半致死剂量( l d s 0 ) 为( 4 1 2 ) x1 0 击，口服为( 1 0 0 7 5 0 ) xl 酽，给药后5 1 5 m i n ，鱼类即失去平衡，2 0 6 0 m i n 就出现死亡伫o 】因此， 6 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 在赤潮发生时，有害赤潮对贝类无害但对鱼虾等水生动物危害较大球1 1 ，常出现鱼 类大量死亡现象，欧洲的北海及北美的东北海岸都曾发生因麻痹性贝毒中毒的大 规模死鱼事件。 赤潮爆发时有害赤潮藻产生的毒素如麻痹性贝毒、短裸甲藻毒素、溶血性毒 素、细胞性毒素和氨等均能导致鱼类大量死亡。如1 9 7 1 年在美国墨西哥湾和佛 罗里达海岸发生的短裸甲藻赤潮致使大量鱼类死亡，这主要是由于短裸甲藻细胞 通过鱼鳃时，造成细胞破裂，释放出的n s p 毒素很容易对鱼产生致命作用阎。 1 9 9 8 年广东的裸甲藻和棕囊藻赤潮产生的溶血毒素都导致了大规模的鱼类死亡 z 3 1 。2 0 0 2 年东海发生的大规模赤潮，链状亚历山大藻在赤潮爆发的现场密度 ( 1 0 5 e e n s l ) t 獭、糠虾等海洋生物均产生了不利影响i n 。 其次，赤潮发生后，海水中浮游植物生物量普遍较高，耗氧量大，赤潮后期， 赤潮生物大量死亡，细菌分解。都会导致水体缺氧或形成无氧状态，从而危害鱼 类的生存。甲藻赤潮的环境毒害就首先来自暴发性增殖所造成的缺氧现象。例如， 某些甲藻如夜光藻n o c t i l u c as c i n t i l l a n s ，膝沟藻g o n y a u l a x p o l y g r a m m a ，斯克里 普斯藻等不含有毒素，但它们出现暴发性增殖时会消耗海水环境中大量的营养物 质，并遮盖海面造成缺氧，其他海洋生物尤其是鱼类会感觉。胃口不好”、“气 闷”，更容易得病嘲。另外，还有些有害赤潮藻是通过分泌或产生粘液等对鱼鳃 等发生堵塞或机械伤害作用，从而对鱼类产生危害作用，例如硅藻中的角毛藻 ( a 忱忉卯阳卿) 的长刺会刺伤鱼鳃组织【1 1 。 有害赤潮藻对鱼类繁殖的影响主要是对受精卵、浮游动物产卵力和胚胎孵化 的影响以及对幼体发育的影响。浮游动物从产卵前直至卵后发育的整个生殖过程 都能受赤潮藻的危害，这包括减弱浮游动物配子的受精力、降低产卵力和胚胎孵 化率，有的胚胎虽能孵化但幼体发育减慢、畸形甚至在短时间内死亡。赤潮生物 死亡分解后，体内的毒素释放到海水中，此类海水用于育苗，会严重影响卵的孵 化率、幼体成活率，严重的可导致育苗全军覆没 2 6 1 。o g a t a 及k o d a m a 发现，链 状亚历山大藻( - 4 c a t a n e l l a ) 的培养液中除了有溶血活性外，还能使虹鳟鱼 ( 幽g a i f d n 翻) 卵卵膜的弹性下降例。梁忠秀和宋娴丽等人的研究表明，牙鲆和 鲲鱼在受精卵发育的不同时期，孵化率均随藻细胞密度的增大而降低1 2 l 2 s l 。发生 赤潮时，海水有机质含量高，虾卵卵膜有加厚现象，卵内常有异样颗粒，通常只 7 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 能发育到原肠期或肢芽期，虾卵的畸形率在3 0 6 0 ，有时超过9 0 ；幼体则 生长缓慢，并且极易“生毛”，常常大批死亡 3 0 l 。大规模有害赤潮的发生，不但 会对鱼类繁殖产生影响，还会严重破坏海域的饵料基础，使海洋生物的索饵场发 生变动，造成鱼群活动分散，难于捕捞，水产品捕获量锐减，间接地影响了渔业 经济。1 9 7 2 年东海北部发生大面积赤潮，严重破坏鲐鱼索饵场所，导致鲐鱼渔 获量明显下降，9 月和1 1 月渔获量分剐比1 9 7 1 年下降7 5 和9 0 1 3 “。1 9 9 2 年 在浙江发生的柬毛藻赤潮，破坏了渔场饲料基础，使鱼类索饵场发生变动，造成 该海域鱼产量锐减口2 l 。 鱼类在受到有害藻危害时表现出各种各样的症状，这些症状主要表现在游 泳，呼吸、体色等的改变上瞄3 3 掣3 5 期。如毛鳞鱼和鲱幼鱼暴露在亚历山大藻之 后，表现出游泳不稳定，下沉到池底，除个别在惊动之后出现最后一次挣扎外， 其余的全部不动1 3 6 】，p f i e s t e r i a - l i k e 种类也可使鱼游泳不稳定、失去平衡阐，受 海洋卡盾藻影响的真鲷在不动之前，其尾鳍还剧烈摆动1 1 9 】。一般认为，鱼类在受 到毒素的危害时的游动是比较平缓的，但大西洋鲑等鱼类在膝沟藻中，游动剧烈， 范围广，而且在沉到水底之前常绕着一个固定的圈子游动。颜天等人通过实验发 现鲈鱼幼鱼在亚历山大藻( a 咖( ) 藻液中表现出游泳不稳定，尾鳍摆动剧烈并 时而出现抖动现象，而且心律不稳定，呼吸急促【3 9 】。当然一些情况下鱼类还出现 躲避有害藻的行为m ，如受定鞭藻毒害的鱼类表现出游向岸边浅水区域，并且头 部朝向岸边，这些鱼若被移到新鲜水中还可以存活【4 1 1 。毛鳞鱼的幼鱼可以通过垂 直迁移的方式来躲避亚历山大藻的毒害嘲。 有害赤潮藻对鱼类亚急性影响主要是导致酶类失活、细胞坏死和脱落、肝等 组织出血以及心脏等器官活动的失调【叫。以生物体内重要水解酶n a + k + - a t p a s e 为例，已发现多种水生生物包括鱼、虾、乌贼、水生昆虫以及鱼的多种组织，如 鳃、肾、脑的n a + k + a t p a s e 对不同的污染物均有反应，如有机氯农药、增塑剂、 多氯联苯，金属、炼油废水等，因此，从分子生态毒理学角度来看，n a * k + - a t p a s e 至今仍是一项评价污染压力的参数h 4 i ，鉴于此，人们也开始进行了有害赤潮藻对 水生生物n a + k + - a t p a s e 活性影响的研究，如o a t e tv 等人发现由淡水水华产生 的天然有毒物微囊藻毒素可以抑制鱼鳃中的n a + k + - a t p a s e 的活性【4 5 l ，周立红等 人实验表明塔玛亚历山大藻对菲律宾蛤仔和翡翠贻贝鳃组织n a + k + - a t p a s c 活性 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 均有影响t u f f ，贝类鳃组织n a + k + - a t p a s e 酶活力的变化可作为监测塔玛亚历山 大藻的亚致死影响的一项指标。由于分子生态毒理学指标具有测定周期短、灵敏 的特点，分子生态毒理学会越来越受到重视。 2 3 有害赤潮藻对鱼类毒性机理的研究 根据联合国教科文组织下属的政府问海洋学委员会出版的资料，虽然有些藻 类所分泌的毒素成分及机理尚未完全清楚，但通过已有的研究结果表明，对鱼类 有毒害作用的藻类毒素主要有：麻痹性贝毒( p a r a l y t i cs h e l l f i s hp o i s o n ，p s p ) 、短 裸甲藻毒素( o r e v i t o x i n ，b t x ) 、溶血性毒素( h e m o l y t i ct o x i n ) 、细胞性毒素( c y t o l y t i c t o x i n ) 和氨等m 。 2 3 1 麻痹性贝毒 麻痹性贝毒主要是由一些有毒膝沟藻、亚历山大藻和p y r o d i n i u r n 等甲藻类 分泌的毒素，这种毒素是一种带有胍基的三环化合物，是一种非蛋白质毒素。在 所有的海产品中毒事件中，p s p 被公认为是对健康危害最严重的。资料报道 1 9 7 2 1 9 8 2 年日本中毒患者达1 1 9 2 人，1 9 8 1 年西班牙有5 0 0 0 人中毒，1 9 8 3 年 菲律宾3 0 0 人中毒，并有2 1 人死亡1 4 8 】，几乎全球沿海地带都有过p s p 中毒致死 的报道。 已知p s p 毒素有2 0 种以上的天然衍生物，其中毒性最强也是最早分离出来 的一种成分是石房蛤毒素( s a x i t o x i n ，s t x ) ，麻痹性贝毒的强度是通过转换成s t x 的毒性来表达的。p s p 毒素作用机制与河豚毒素相似，都是通过选择性阻断电压 门控n a + 通道，导致动作电位无法形成嗍。 海洋生物中，由于贝类对麻痹性贝毒具有极强的抵抗性，因此这种毒素就在 贝类体内储存积累，人类或动物食用这些有毒贝类会产生一系列神经麻痹症状， 严重的可能致命。由于其对人类健康造成危害，因此成为赤潮毒素中最受关注的 一种，许多国家已在贝类生产、贸易过程中，对此毒素制订了严格的监测和管理 条例1 2 0 。与贝类相比，鱼类对这种毒素却极为敏感。腹腔注射时，其对鱼类的半 致死剂量( l d 5 0 ) 为( 4 1 2 ) l 旷，口服为( 1 0 0 - - 7 5 0 ) 1 0 缶，给药后5 , - - 1 5 r a i n ，鱼类 即失去平衡，2 0 - 6 0 r a i n 就出现死亡i 2 0 j 。因此，在此类赤潮发生时，常出现鱼类 大量死亡现象，欧洲的北海及北美的东北海岸都曾发生因麻痹性贝毒中毒的大规 模死鱼事件，死亡的鱼类有玉筋鱼( a m m o d y t e ss p ) 和鲱鱼( c l u p e ah a r e n g u s ) 等。由 9 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养衙求及对鱼类毒性效应的研究 于毒素在鱼体内达到较低水平时就会导致鱼类死亡，毒素不会在鱼体内大量残 留，中毒死亡鱼体肌肉内的残留毒素含量很倒5 0 1 ，因此鱼类作为毒素传递媒介的 可能性较小，但毒素在鱼体内脏中的浓度也可以达到较高水平，如果连同内脏一 起食用，也可能发生中毒现象。值得注意的是，本来源于藻类的贝毒，许多是通 过浮游动物的摄食而传递给鱼类，从而引起鱼类的死亡。因此，麻痹性贝毒对鱼 类的危害，既可通过藻细胞本身的胞外分泌物也可通过摄食染毒的其他动物使鱼 类中毒。美国发生过肉食性鱼类死亡事件，经解剖发现在其消化道内的浮游动物 有麻痹性贝毒毒性，表明毒素可以经由食物链传递到鱼类而引起死亡【4 2 】我国虽 未有因麻痹性贝毒中毒而引起鱼类死亡的报道，但已有产生这类毒素的藻类赤潮 发生，而且能产生麻痹性贝毒的藻类在我国海域普遍存在1 5 1 罔，因此，应高度警 惕这类赤潮的发生。目前麻痹性贝毒对鱼类的影响研究还不如贝类进行得深人， 有待于进一步的研究。 2 3 2 短棵甲藻毒素 短裸甲藻毒素主要危害神经系统故又称神经性贝毒( n s p ) ，主要由短裸甲 藻( gb r e v e ) 分泌而来，是一种混合的醚环类化合物，其作用机制与p s p 毒素相反， 诱导n a + 内流，从而导致神经和肌肉细胞的去极化【玎l 。这类毒素主要是因贝类摄 食短裸甲藻等后在贝类体内蓄积，被人食用后产生食物中毒。这类毒素对鱼类也 有剧毒，已知不同成分的短裸甲藻毒素对斑马鱼( b ra c _ b y d 蛐i or 嘶o ) 的半致死浓度 在3 印g 见，将食蚊鱼( g a m b u s i aa t 五m i s ) 置于含有b t x 的水中，仅几分钟就会 出现颤抖、扭曲，失去平衡及鳃呼吸活动不正常等中毒症状。1 9 7 1 年美国佛罗 理达州沿海发生的短裸甲藻赤潮也引起了大量的鱼类死亡。研究结果表明，这种 有毒藻类在通过鳃组织时，细胞破裂释放b t x ，从而引起鱼类的死亡阁。我国 尚未有因短裸甲藻毒素而造成人类中毒或鱼类死亡事例报道，但这种毒素的毒源 藻类在我国沿海也有分布剐。 2 3 3 溶血性毒素及细胞性毒素 溶血性毒素是有毒藻类分泌较多的一类毒素，其中一部分对鱼类有毒害作 用，而在这种鱼毒中仅有部分成分已得知其结构，其结构及成分较复杂，但主要 是糖脂类及不饱和的多脂肪酸类化合物【钢，亚历山大藻t a m a r e n s e ) 和克氏前沟 藻盘p b 国等均可以产生溶血性毒素口 7 1 ，其毒素作用红细胞使之溶解破裂， 1 0 赤潮异弯藻和塔玛亚历山大藻营养需求及对鱼类毒性效应的研究 还可能损害鱼类鳃组织 5 5 1 ，这可能是使鱼类致死的重要因素1 5 8 1 。 某些藻类分泌溶血性毒素的同时也分泌一些具有细胞毒性的成分，如小定鞭 藻p a r v u m ) 所分泌的毒素除了能溶解红血球外还可以对肝细胞、羊膜细胞、腹 水细胞以及肿瘤细胞的细胞膜起作用，使之溶解，因此被认为具有细胞毒性【5 ”。 p a r t e n s k y 掣5 9 】发现米氏裸甲藻( gm i k i m o t 0 0 分泌的毒素除溶血毒素外，还有少量 脂溶性的细胞毒素成分。o g a t a 及k o d a m a l 4 9 也发现，链状亚历山大藻似c a t e n e l l a ) 的培养液中除了有溶血活性外，还能使虹鳟鱼( s a l m og a i r d l l e r i ) 卵卵膜的弹性下 降，因而被认为具有细胞毒性。不过对细胞毒素研究工作开展得较少，因此对它 们的结构成分及其与溶血性毒性之问的关系尚不十分了解。 我国广东沿海于1 9 9 7 年冬至1 9 9 8 年春分别发生两次大规模的有毒赤潮，给 海洋养殖业造成了惨重的损失。1 9 9 7 年冬季在广东省饶平县柘林湾发生赤潮的 种类为定鞭藻类的球状棕囊藻，其分泌的毒素为糖脂类化合物，具有溶血活性【1 9 1 而1 9 9 8 年春在珠江口又发生了因赤潮而大规模死鱼现象，赤潮期间优势藻类为 米氏裸甲藻( gm i k i m o t o o ，这种藻也能产生溶血性毒素赤潮期间中毒鱼类鳃组 织可明显观察到毒素引起的鳃组织损伤，这也是此次赤潮期间鱼类大量死亡的原 因之一【5 4 1 。 2 3 4 夜光藻所产生的氨 夜光藻( n s c i n t i l l a n s ) 是一种大型异养性甲藻，肉眼可见，在热带、亚热带海 域分布广泛，在我国广东沿海的许多海湾，每年几乎均有夜光藻赤潮发生 5 2 1 。 夜光藻在捕食后的消化代谢过程中，可以通过脱氨基作用而将氨贮存于酸性 的空泡中，氨具有鱼毒素的性质，对水生生物有剧毒，它能严重损伤鳃组织的呼 吸上皮，对鱼类的致死阈值在0 2 - 4 ) 4 5 m g l 之间，即使浓度低至o 1 5 m g l ，也 可引起鱼类在生理上的不适或产生组织病变1 6 1 1 。而且氨在碱性条件下，能形成毒。 一 性较强的非离子氨f n h 3 ) ，因此在偏碱性环境中，氨对有鳃的水生动物的危害更 大。由于氨对鱼类的毒害，大规模的夜光藻赤潮会对海洋养殖业造成