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题名: 产毒水华束丝藻的生理学特性及毒理学研究
作者: 刘永梅
答辩日期: 2006-06-15
导师: 刘永定
授予单位: 中国科学院水生生物研究所
授予地点: 水生生物研究所
学位: 博士
关键词: 蓝藻水华 ; 水华束丝藻 ; 麻痹性贝毒素 ; 生理学 ; 毒理
摘要: 束丝藻(Aphanizomenon)是淡水水华蓝藻中常见的优势种之一。研究表明,束丝藻水华可产生麻痹性贝类毒素(paralytic shellfish poisons,PSPs),属生物碱类神经毒素,具有Na+通道抑制作用,对生物有强烈的致死效应。本研究以从滇池分离的我国首株产PSPs毒素的A. flos-aquae DC-1为材料,研究了该藻株在实验室培养条件下的生理学性状及产毒特征,探察了该藻株产生的PSPs类毒素对小鼠(KM)和梨形环楞螺(Bellamya purificata)的毒性效应,初步探讨了PSPs毒素在生物体内的作用和代谢机制,并通过毒素在B. purificata中的生物积累效应,对产毒A. flos-aquae水华及其毒素的生态毒理学效应进行了评价。具体研究内容和结果如下: 1) 首次对发生于滇池的束丝藻水华(2003年03月)的毒性采用小鼠标准生物测试法进行检测。结果表明该水华材料提取物对小鼠有强烈的毒性效应,其毒性为1.36 MU/mg干藻粉,根据小鼠中毒症状及死亡时间现场推断为麻痹性贝毒素(PSPs)作用;为进一步证实该水华产毒的特性,参照Oshima(1995)的方法建立了PSPs毒素的HPLC分析方法,并用该方法分析水华提取物,检测出neoSTX,dcSTX和dcGTX3等毒素,含量分别为1.135,2.279和0.547 ng/mg干重。 2) 为研究产毒束丝藻的生物学及毒理学特性,从滇池天然水体束丝藻水华中分离纯化得到束丝藻纯培养物,建立了稳定的实验室培养株系(DC-1)。根据形态学特征并结合16S rRNA 序列分析鉴定其为Aphanizomenon flos-aquae;对分离纯培养物毒性检测的结果表明,DC-1产生STXs和GTXs。 3) 实验室条件下以BG11为基础培养基,研究了A. flos-aquae DC-1的生理生化特性。结果表明:(1)以NO3-- N、PO43--P为主要N、P营养,A. flos-aquae DC-1的生长和生理特性受营养水平的制约。实验条件下,发现该藻株可以在较宽的氮、磷营养水平范围内生长;在氮磷限制培养条件下,A. flos-aquae DC-1中硝酸还原酶(NR)和酸性磷酸酶(ACP)的活性会有所升高,这在一定程度上可以提高其对营养物质的吸收和同化效率,在自然环境中可使其有更好的适应能力;(2)A. flos-aquae DC-1对光照强度和温度比较敏感。光照强度高于40 Em-2s-1时即可引起叶绿素和藻胆素含量下降,导致光合活性(Fv/Fm)降低;藻细胞发生膜脂过氧化损伤,引起丙二醛(MDA)的含量升高。较高的培养温度(30和40℃)对A. flos-aquae DC-1的影响亦如此。该结果表明A. flos-aquae对N、P浓度有较强的适应能力,而对光照强度和温度等环境因子较为敏感。 4) 对Oshima分析体系和分析条件进行了优化,达到了对十种PSPs毒素较好的分离效果,并利用改进后的分析体系开展了:(1)A. flos-aquae DC-1培养时间和藻细胞生长速率对产毒的影响。结果表明在一个生长周期内其毒素产量有两个峰值,分别出现在对数生长初期和稳定生长期,以稳定生长期毒素含量最高(0.2002±0.0198 nM/mgDW),对数生长中期毒素含量最低(0.033±0.0018 nM/mgDW);且毒素种类随培养时间变化而变化:在对数生长初期和稳定生长后期,毒素种类主要为dcGTX2和GTX4,dcGTX3主要出现在对数生长中后期,而dcSTX在检测过程中始终存在且含量保持稳定(约为培养物干重的0.76-2.3%);毒素产量与藻细胞生长速率呈负相关(r =-0.9752);生长周期内培养物毒性与毒素总含量显著相关(r = 0.9978);(2)不同N、P浓度对A. flos-aquae DC-1产毒的影响。结果表明,N充足和缺乏时细胞中毒素的合成均比较高,毒性也强,这可能与A. flos-aquae DC-1的固氮特性有关;P缺乏时,藻细胞毒素合成量减少,但由于高毒性异构体neoSTX和GTX4的比例增高导致细胞毒性的增强。因此,自然水体中水华发生后期水体中N、P营养盐的消耗可能会导致水华毒性的增强;(3)温度对A. flos-aquae DC-1产毒的影响。发现提高温度对A. flos-aquae DC-1的毒素合成具有促进作用:30℃培养时毒素含量可达10℃和20℃培养时的5-6倍,细胞毒性也相应增强,但由于高温下低毒的GTX5比例增加使其毒性的变化稍弱于毒素总量的变化,分别为10和20℃培养时的3-4倍。 5) 以A. flos-aquae DC-1 为材料,对产毒水华束丝藻及其毒素的毒理学进行了初步研究。用低于致死剂量的毒素提取物对小鼠进行腹腔注射,对毒素引起的实验小鼠肝脏、肺、心肌和大脑等器官超微结构损伤进行组织切片的电子显微镜观察,并测定组织中谷胱甘肽(GSH)、谷胱甘肽转移酶(GST)和乳酸脱氢酶(LDH)活性变化。结果表明毒素可引起小鼠肺组织细胞不同程度的损伤,细胞联结松散,胞质泡化,并引起线粒体、内质网和细胞核结构的严重损伤;肝脏中只有轻微的线粒体肿胀发生。同时肺组织的GSH、GST和LDH的变化也较其它组织中明显和剧烈。这些结果显示哺乳动物的肺是PSPs损伤的主要器官之一;同时也表明GSH和GST的协同参与可能是PSPs在动物体内进行生物转化和代谢的一种途径。 6) 为评价淡水生态系统中有毒束丝藻水华及其产生的PSPs毒素对环境和人类健康可能带来的影响,本研究以我国广泛分布的可食用淡水环楞螺B. purificata为对象,研究了:(1)A. flos-aquae DC-1 新鲜和冷冻干燥的藻细胞及其毒素提取物对B. purificata的毒性效应及对其抗氧化系统的影响。结果表明三种处理均能引起B. purificata体内多种抗氧化酶如GR、GST、GSH-Px等活性的升高和GSH含量的降低,同时LDH活性和MDA的含量在毒素作用下也明显升高。表明有毒水华束丝藻细胞及其毒素可对水生生物产生毒性效应和氧化胁迫,反映了PSPs毒素在生物体内的作用及其代谢的一种可能途径是抗氧化解毒酶的参与;(2)采用HPLC方法对PSPs类毒素在B. purificata组织中的生物积累效应进行了研究,发现三种处理方法均可造成PSPs毒素在B. purificata中的积累;其可食用部分(腹足)比内脏囊中积累的毒素更多,对其毒性当量分析的结果表明毒素含量已部分达到甚至超过肉类水产品中PSPs毒素的最高允许含量;表明自然水华中有毒藻细胞产生的毒素可通过摄食等行为在水生生物体内积累,甚至在水华消亡过程中,死亡藻细胞释放到水体中的溶解态毒素仍可危害生物安全,并在生物体内积累,给生态环境和人类健康带来了极大的潜在威胁。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/12030
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产毒水华束丝藻的生理学特性及毒理学研究.刘永梅[d].中国科学院水生生物研究所,2006.20-25
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