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微囊藻毒素的环境归宿及其对大型溞的生态毒理学效应研究
陈伟
Subtype博士
Thesis Advisor宋立荣
2006-06-14
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Place of Conferral水生生物研究所
Keyword微囊藻毒素 环境归宿 大型溞 生态毒理 风险评价 太湖 滇池
Abstract随着工农业的发展和人口的不断增加,淡水水体富营养化导致的产毒蓝藻水华在世界范围内的频繁发生已经成为全球面临的难题之一。在我国,近年来许多淡水湖泊和水库有毒蓝藻水华发生的频率和强度不断增加, 蓝藻水华及毒素污染不仅造成水生态系统的恶化,而且可能威胁到我国部分人群的健康。世界上许多国家相继开展了水体中蓝藻水华和蓝藻毒素污染控制策略研究,但我国在该领域的研究起步较晚,特别是在蓝藻毒素的环境归宿方面,缺乏系统和深入的研究。实际上,认识和了解蓝藻毒素的环境归宿行为,如蓝藻毒素在水体中的持久性,自然降解过程等,对正确评价蓝藻毒素的环境风险性和制定相应的污染控制策略有重要指导意义。在建立微囊藻毒素纯化和不同介质特别是底泥中毒素分析方法的基础上,本文主要研究了微囊藻毒素(MC)在环境中的归宿及其对大型溞的生态毒理学行为,具体研究内容和结果如下: 1、作为一类主要由淡水蓝藻产生的有毒活性物质,MC受到的关注越来越大。因而,MC的标准品在毒理学、生物化学、毒素检测及水处理等领域的一系列研究中发挥着重要作用。但目前国际上能购买到的毒素种类非常有限,并且价格非常昂贵。这在一定程度上限制了我国在毒素领域的研究进程。本研究基于柱色谱分离技术和溶剂选择性洗脱的特点,发展了一种简单、高效的MC纯化方法。该工艺适合于MC的大量提取和纯化,对产毒藻类材料来源无特殊选择。 2、由于MC在底泥和土壤介质中的提取效率很低,至今仍是国际上开展MC在底泥和土壤界面研究的瓶颈。本研究首先开展了MC在土壤和底泥中吸附机制研究,在阐明吸附机理的基础上发展了一种可有效提取MC的方法。为了探索其吸附机理,我们应用了X射线光电子能谱技术对毒素和EDTA – 焦磷酸钠加入前后底泥和土壤表面金属离子电子亚层轨道的结合能进行监测。结果显示:MC与底泥和土壤的强吸附作用可能源于形成配合物的化学键合作用,同时XPS结果还表明加入EDTA – 焦磷酸钠能破坏毒素在底泥和土壤中形成配合物,从而释放出被吸附的毒素。因此,该溶剂被用来提取底泥和土壤中的MC。此外,本研究还对毒素提取的条件如:pH、酸、提取方法、提取次数等进行了优化,优化后的提取方法能有效提取底泥和土壤中吸附的MC,对三种毒素异构体的提取效率达到90%以上。 3、机械或人工收集蓝藻水华生物量以减少水华污染是治理蓝藻水华的重要措施,此种技术措施已用于国内外许多湖泊蓝藻水华的治理实践。但如何安全处理和堆放收集的有毒蓝藻,目前尚没有研究报道。一些发展中国家将收获蓝藻作为有机肥料肥田,但一旦MC进入土壤界面就会对地下水资源构成潜在的安全隐患。本研究对我国水体中常见的MC在三种农田土壤中的吸附、降解及淋溶行为进行了评价,主要考察其对地下水资源危害的可能性。结果表明:MCs在土壤中的吸附能力大小依次为:RR>Dha7LR>LR,随着土壤有机碳和黏土含量的增加,毒素在土壤中吸附能力加强;土壤有机碳含量对毒素降解起到一定影响,随着有机碳含量升高,毒素降解速率加快。通过毒素柱淋溶行为和GUS参数等评价数据发现:用收获蓝藻生物量作为有机肥料肥田的科学实践活动存在一定的环境风险,因为在雨水或农业灌溉水的淋溶作用下,像LR等毒素异构体在土壤中可能具有足够的持久性和迁移渗透能力,很可能迁移到深层地下水中污染地下水资源。 4、MC的环境行为研究已有较多报道,但究竟何种途径是主要归宿途径?对此国内外尚未达成统一的认识。本研究在我国太湖开展为期一年的毒素归宿跟踪研究。对太湖中MC在水柱中、底泥中及水生生物体内的来源、分布、迁移、归宿作了系统的研究,并评价了MC对水产品的食用安全性的影响。结果显示:在太湖这类大型浅水湖泊中,微囊藻毒素在底泥中的生物降解过程及底泥向水柱中所输送细菌导致毒素发生的生物降解过程可能是微囊藻毒素的主要自然归宿途径;生物积累、生物转化、光降解等过程也是MC归宿的重要过程,但对水柱中溶解态毒素的自然归宿的影响有限。太湖水柱中和生物体内毒素监测数据表明:太湖梅梁湾水域的水源及水产品已经被MC严重污染,可能会对饮用水和食品安全构成潜在威胁。 5、大型溞在水生态系统中起到非常重要的作用。本研究采用MC纯品对大型溞进行慢性实验,研究了单一MC对大型溞的急性和亚慢性毒性效应及大型溞遭到MC暴露后的机体应激行为。21天亚慢性毒性结果表明:低浓度的MC对大型溞暴露后没有明显的毒性效应。大型溞经高剂量MC长期暴露后,其体内的抗氧化系统发生明显应激反应,GST和GSH活性的降低可能是参与解毒反应的结果。当大型溞体内抗氧化系统遭受不可逆损伤后,其体内毒素会逐渐累积,蛋白磷酸酶的活性也受到抑制。细胞超微结构的观察结果发现,大型溞的消化道组织可能是MC攻击的靶器官之一。本研究认为MC在脊椎动物中的氧化胁迫和PPI机制同样适用于无脊椎动物。
Pages209
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/12022
Collection学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
陈伟. 微囊藻毒素的环境归宿及其对大型溞的生态毒理学效应研究[D]. 水生生物研究所. 中国科学院水生生物研究所,2006.
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