太湖藻毒素的产生和迁移研究

微囊藻毒素产生并存在于微囊藻细胞内， 藻类细胞衰老、 死亡并破裂后释放到水体中。 纯培养的微囊藻， 对数生长期MC 主要存在于细胞内， 浓度逐渐增大；对数生长后期MC-RR、 MC-YR 和MC-LR 含量均达到最大值， 且MC-RR 增加量最多； 最大生长期阶段总毒素水平继续增加， 但发生再分布， 大量的MC 开始出现于细胞外环境中； 进入稳定期后， 细胞内外毒素均开始下降； 藻类达到最大水平开始自溶时， 大部分的MC 释放至水体环境中。 此时存留在固型物(包括藻和其他微生物) 中的藻毒素量与存留在水中的藻毒素量呈反向变化关系。 在蓝藻对数生长期内， 水中溶解性毒素仅占总量的10% ～20%。 自然界水华暴发时， 若无溶藻剂或其他影响因素， 由于大量水体的稀释作用以及光照和微生物的降解作用， 天然水体中的藻毒素含量多在0.1 ～10 μg/L， 细胞内毒素则会高出几个数量级。 突发的大面积水华发生后蓝藻腐烂可能使局部区域水体中藻毒素浓度达到mg/L 量级， 严重地威胁着人和动物的饮水安全。

微囊藻毒素分子结构中的环状结构和间隔双键使其具有相当的稳定性。 在水中为中性或带负电荷分子， 易溶于水(溶解度＞1 g/L)、 甲醇和丙酮， 不挥发，抗pH 变化。 pH 中性时难以发生化学水解。 在光照稀少的天然水体中， MC 可存留几个月甚至几年。 在pH=1 时经过10 个星期， pH=9 时经过12 个星期， 可降解90%的微囊藻毒素。 快速化学降解只发生在极端条件下， 如6 mol/L 的高温盐酸中快速分解， 这种情形在自然环境中是不可能发生的(Harada 等， 1996)。 微囊藻毒素具有热稳定性， 温度对MC 的降解影响甚小， MC 可在15 ～30 ℃水温的富营养化水体中长时间存在。 实验证实加热煮沸(水浴100 ℃， 30 min) 不致丧失毒性， 即使水温加热到300 ℃， MC 仍能够长时间不被分解(Jones 和Orr，1994)。

纯化的MC 在阳光照射下稳定， 但当其曝露于其吸收峰附近的紫外线中时， 侧链ADDA 双键发生异构， 其毒性明显降低， 尤其是MC-LR 可快速降解(黄湫淇，2005)。 影响MC 光解作用的直接因素是光源的主要波长和自身的吸光能力。 MC是含有共轭双键和苯环的20 碳氨基酸(Adda) 单环七肽化合物， 最大吸收波长为238 nm。 发射波长为253.7 nm 的紫外光对MC 有很好的光解作用。 Tsuji 等(1996) 用238 nm 的紫外线(UV) 照射MC 时， MC-LR 的半衰期为1 h， 而用365 nm 的UV 照射6 h 后， 仍然有95%以上的微囊藻毒素未被降解。 在特定波长的紫外光照射下， MC 的UV 降解与光密度密切相关， 如用254 nm 的UV 照射时，MC-LR 在147 μW/cm2 和1 360 μW/cm2 光强时的半衰期分别是10 min 和1 min，在2 550 μW/cm2光强时被彻底降解； MC-RR 与MC-LR 的光降解结果相似。 环境水体中水溶性细胞色素和腐殖质等光敏剂(Welker， 1999) 和光催化剂TiO2 存在时，微囊藻毒素可发生明显的光降解。 TiO2 作为光降解催化剂， 当MC 初始为80 μg/L时， 其半衰期约为10 min (Feitz， 1999)。

MC 在水中的自然降解过程缓慢， 仅有少量能被水体微粒吸附沉淀。 张维昊等(2004) 指出除了滇池微囊藻水体环境中微囊毒素的光化学降解可能是自然水体中藻毒素降低的主要原因之外， 微生物、 生物积累、 悬浮颗粒物吸附也是藻毒素维持低浓度的原因。 因此在发生水华的湖泊中， 含MC 的蓝藻细胞通过与黏土共沉淀或被水生动物捕食后随其颗粒排泄物沉淀等途径进入沉积物， 这部分MC 在沉积物中的积累水平、 迁移转化及其对环境的影响， 也是MC 环境归趋研究的重要内容。Kiyomi Tsuja 等(2001) 在湖泊沉积物中检测到MC 的存在。(www.xing528.com)

生物降解也是MC 转化的主要途径之一。 MC 化学性质稳定， 不易被真核生物和细菌肽酶分解。 尽管MC 具有多肽结构， 但是一般的蛋白质水解对它不起任何作用(Duy 等， 2000)。 Cousins 等(1996) 发现在天然水体中的MC-LR 约于1 周内大部分降解， 在去离子水中可稳定27 天以上， 在灭菌天然水中约为12 天。 水体中的MC 在光照和微生物的作用下缓慢降解， 这种过程通常持续数天至数周。 但是由于MC 分子的Adda 基团有不饱和双键， MC 能被天然水体中某些特殊细菌降解。金丽娜等(2002) 在MC 提取液中加入滇池底泥5 ～7 d 后， MC 完全降解。 净水工艺中的混凝沉淀、 过滤和加氯等工艺难以有效去除MC (吴和岩， 2005)。 在干燥的浮渣中存在6 个月的MC 重新润湿后， 仍能释放到水体中(Feitz 等， 1999)。

MC 通过食物链的累积效应危害人类健康。 藻毒素可在水生脊椎动物(鱼类等) 和无脊椎动物(软体动物和浮游动物等) 体内富集(Williams 等， 1997； Bury等， 1998； Amorim 和Vasconcelos， 1999； Fischer 和Dietrich， 2000)。 但 是de Maagd 等研究表明MC-LR 的正辛醇/水分配系数(lg Pow) 能从pH 为1 时的2.18降到pH 为10 时的-1.76， 因此在暴发水华时的高pH (＞8) 条件下， MC 的生物富集效果较差(de Maagd 等， 1999)。