微囊藻毒素的檢測及其治理研究進展

王祥炳　黃曉容

摘 要：微囊藻毒素是水體富營養化發生后產生的最大危險物質之一，對人體健康有極大的危害。文章主要從藻毒素的危害、致毒機理、分析檢測方法及其去除方法等方面，對近年來對藻毒素的研究進展進行介紹。

關鍵詞：微囊藻毒素；檢測；去除方法

微囊藻毒素（MC）是由微囊藻（Microcystis）、浮游藍絲藻（ Plankt othrix）、魚腥藻（Anabaena）和顫藻（Oscillat oria）等淡水藻類產生的環七肽肝毒素[1]。微囊藻毒素是"水華"產生的最大危險物質之一。它不僅直接污染飲用水源，還可以在水生生物中富集，通過食物鏈而進入高等級生物體內，直接威脅人類的健康和生存。

1 微囊藻毒素的致毒機理

根據藻毒素對生理系統、器官和細胞等主要器官的不同影響，一般分為肝毒素、神經毒素和接觸、腸胃刺激性毒素。有報告指出藻毒素可能促進腫瘤的發生[2]。微囊藻毒素可以促進機體內脂類物質過氧化反應，破壞機體氧自由基的產生與清除的平衡，而體內自由基和許多疾病和外源性損傷的病理過程都有關聯[3]。

2 微囊藻毒素的檢測方法

水環境中MC的分析檢測是研究其在水環境中分布和遷移規律以及去除方法的基礎。目前MC的檢測方法可以簡單分為：生物檢測法、免疫檢測法、蛋白磷酸酶抑制法、色譜分析法和聚合酶鏈反應（PCR）分析。

2.1 生物檢測法

生物檢測法分為動物實驗和細胞學實驗。動物實驗是通過研究藻毒素對動物的急性毒性作用來驗證其毒理效應。但其缺點是不能進行定性分析，且檢測靈敏度不高。細胞學實驗是利用原代肝細胞來檢測藻毒素，可大大減少受試動物的使用量，同時受試細胞的同質性還可避免在動物實驗各出現的個體差異，缺點是對操作者要求較高，要求操作人員掌握一定細胞培養技術。

2.2 色譜分析法

分析MC的色譜技術包括高效液相色譜（HPLC），液相色譜-質譜聯用分析（（LC-MS），毛細管電泳技術（CE）等。

高效液相色譜（HPLC） 是環境監測不可或缺的技術支撐，對藻類毒素及其同系物可做到定性和定量分析，是了解藻類毒素化學性質和結構的重要手段。但HPLC方法需要經過專門培訓的操作技術人員，依賴大型儀器設備，同時需要購買高純度標準樣品，這些特性均限制了該方法在普通實驗室的普及和應用。LC-MS選擇性好，能夠實現水體多種藻類毒素混合物的同時分離和鑒定。目前有報道LC-MS對MC-LR、MC-YR、MC-RR的檢測下限分別為37、42和23ng/L[4]。同HPLC法相比較其靈敏度不夠，其檢測下限僅為1mg/L。故目前CE法僅限于快速和應急檢測，一般不作為常規水體檢測藻類毒素的手段。

2.3 聚合酶聯反應（PCR）檢測

基于MC濃度與微囊藻Microcystis mcyE和Anabaena mcyE拷貝量呈正相關性原理，利用PCR擴增湖泊水樣中mcy基因，記錄mcy的拷貝數以確定產MC藻細胞數量。PCR可以在基因片斷分析基礎上實現對產毒藻類的識別并計數藻類的數量。

3 微囊藻毒素的治理方法

微囊藻毒素能對人體造成巨大損傷，人們已研究一些處理方法以除去水中的藻毒素，大體可分為物理法、化學法、生物法和復合工藝。

3.1 物理法

去除藻毒素的物理法主要有氣浮法、混凝沉淀法、吸附法、膜過濾法等。

混凝沉淀有一定的局限性，若混凝劑的投加不合理，會使藻細胞裂解，導致水體中溶解性藻毒素增加，對藻毒素的總體去除效果并不理想。膜過濾法以納米過濾、超濾和反滲透為代表，過濾的效果略有差異，這類方法均可高效削減水體中藻毒素的含量。盡管膜過濾法在去除水體藻毒素方面具有較高的效率，但作為膜技術中關鍵部件的膜，容易受到水體中有機物的污染，故其成本非常高，最好用來處理經過其它工藝預處理過以后的低污染水體。

3.2 化學試劑法

化學試劑法主要是利用化學試劑的強氧化作用來去除藻毒素，主要有高錳酸鹽法、臭氧法、光催化氧化法等。

高錳酸鹽作為一種強氧化劑可以氧化各類有機化合物，對有機物分子中功能團的破壞能力非常強，甚至可以分裂苯環，破壞MC分子中的不飽和雙鍵，因此消除MC毒性十分有效；有研究認為高錳酸鹽能有效去除MC，也有報告指出該方法反而使水體藻毒素濃度升高。光催化氧化是一種高級氧化技術，光催化產生的羥自由基可明顯抑止藻類生長同時具有殺菌消毒的能力。

3.3 生物法

MC是一類環狀肽類有機化合物，可以利用一些自然界中存在的少數生物種群來降解藻類毒素；與前述化學及物理方法相比，生物法的成本低廉且不會產生二次污染。目前生物法研究中報道較多的是部分水生植物和微生物對藻毒素的降解。

Pflugmacher等研究報道了水生蘆葦對周圍水環境中藻類毒素的吸收和降解作用[5]。國內的尹黎燕等研究了苦草根對藻類毒素的降解作用[6]。這兩類水生生物雖均具有降解水體中藻類毒素的能力，但缺點是作用周期長，而且在這個作用過程中，還會出現藻類毒素的富積與遷移，存在通過食物鏈傳遞到高等動物的風險。

3.4 復合處理工藝

臭氧-活性炭是結合臭氧的氧化性和活性炭的吸附性，去除率可達99% 以上，該法是解決MC污染的理想方法。可以同時考慮各凈水單元對藻毒素的去除效果以進行各單元工藝的優化組合，確保飲用水安全。

綜上所述，目前對微囊藻毒素檢測及治理技術研究尚不完善，還存在一些問題，但是隨著對微囊藻毒素研究的深入，最終完全認識其合成機理，找到快速準確的檢測方法，開發更為高效的微囊藻毒素去除技術。

參考文獻

[1]Ingrid Chorus，Jamie Bartram. Toxic Cyanobacteria in Water. A Guide to their Public Health Consequences， Monitoring and Management[M].Great Britain： St Edmundsbury Press，Bury St Edmunds，Suffolk，1999.

[2]樊有賦，等.微囊藻毒素的危害及其防治[J].生命的化學，2008，28 （1）.

[3]鐘啟升，李元，楊良.微囊藻毒素合成機理的研究進展[J].環境科學導刊，2008，27（3）：1-4.

[4]WHO.Cyanobacterial toxins：microcystin-LR in drinking-water，background document for the development of WHO guidelinesfor drinking- water quality[M].Geneva：WHO，2003：4-5.

[5]Pflugmacher S.C. Wiegland，K.A. Beattie， et a1. Uptake effects， and metabolism of cyanobacterial toxinsin the emergent reed plant. Enviro[J].Toxlcol Chem.，2001，20：846-852.

[6]尹黎燕，黃家權，沈強，等.微囊藻毒素在沈水植物苦草中的積累[J].水生生物學報，2004，28（2）：151-l54.