悬移质泥沙-微囊藻毒素复合体对大型溞的毒性效应

为探究悬移质泥沙(SPM)吸附微囊藻毒素(MCs)后形成的复合体对大型溞生理特性的影响,选择MCs的典型异构体MC-LR,通过吸附动力学实验制备了不同MC-LR吸附量的SPM-MC-LR复合体,研究了复合体对大型溞(Daphnia magna)的急性毒性作用.结果表明,SPM对MC-LR的吸附过程符合拟二级动力学模型和Freundlich等温模型,拟合最大吸附量为1720μg/g,是一种以化学吸附为主导的多分子层吸附且较容易发生.SPM-MC-LR复合体对大型溞的固定率和抗氧化酶活性呈正向剂量和时间依赖,大型溞固定率最高可达93.77%;但当复合体浓度较高时(MC-LR剂量为73.52,94.53μg/g),在大型溞体内引起的氧化应激程度过高会抑制抗氧化酶活性(SOD和CAT活性较24h分别降低了21.44%、26.51%和6.2%、18.27%).相比于游离的MC-LR,SPM的存在可能增强了MC-LR对大型溞的毒性作用.

高原富营养化湖泊杞麓湖微囊藻毒素分布特征、相关因子及其健康风险分析

杞麓湖作为典型的富营养化高原湖泊,其藻华暴发引发的微囊藻毒素(microcystins,MCs)污染问题会危害水生态安全并造成人体健康风险。为了评估杞麓湖流域MCs的秋冬季节污染现状以及健康风险情况,对湖内和7条主要入湖河流入湖口的表层水进行采样检测,分析MCs主要异构体的时空分布特征,研究MCs与水质和浮游植物等环境因子的关系,并通过人体非致癌健康风险评价MCs的风险等级。结果发现,MCs浓度自秋季到冬季呈下降趋势,秋季湖内胞内MCs(IMCs)占比超过99%,冬季IMCs与胞外MCs(EMCs)浓度接近。MC-RR和MC-LR是主要的MCs异构体类型,其中MC-RR在秋季浓度占比高于MC-LR和MC-YR,而冬季MC-LR最高。MCs与微囊藻密度等生物因子呈极显著正相关关系,与TN、TP和NH_(3)-N营养盐呈显著负相关关系。杞麓湖EMCs污染的风险指数范围为0.004~0.110,处于极低或低风险,冬季风险略高于秋季,因南岸入湖EMCs污染以及湖内IMCs释放带来的风险需要进一步关注。

微囊藻毒素去除技术研究现状及进展

蓝藻水华造成的最主要危害之一是产生和释放微囊藻毒素(MCs),其会直接危害到水环境和人类健康,因此选用切实可行的MCs去除新技术对于富营养化水体的治理至关重要。文章从物理方法、化学方法、生物方法以及组合方法综述了目前国内外MCs的去除方法的研究现状及进展,主要包括吸附、膜滤、氧化剂氧化、光化学氧化、光催化、生物降解、吸附和光催化、吸附和生物降解组合等工艺。并在此基础上从4个方面提出未来MCs去除技术的发展方向:对蓝藻水华暴发机制进行详细研究,研究MCs更加详细的去除机理,对MCs的降解产物进行进一步毒性研究,以及开发天然可生物降解且易于从水中分离和回收的吸附材料。希望能为今后蓝藻水华污染修复,特别是消除MCs对水环境以及人类的影响提供参考。

氨氮和微囊藻毒素-LR联合作用对斑马鱼肠道免疫和菌群的影响

氨氮和微囊藻毒素-LR(MCLR)是水生环境中普遍存在的污染物。为探讨两者对斑马鱼肠道潜在的协同效应,实验将成年雌性斑马鱼分别暴露于氨氮(30 mg·L^(-1))、MCLR(10μg·L^(-1))以及两者混合(30 mg·L^(-1)+10μg·L^(-1))的环境中,持续30 d。组织病理学分析显示:氨氮暴露导致肠绒毛面积减少;MCLR暴露导致肠道绒毛破裂,空泡化面积增加;而联合暴露对肠组织损伤更为严重。这些变化伴随着肠道中溶菌酶和β-防御素的含量及相关基因表达的显著降低,表明斑马鱼肠道免疫功能受到抑制。此外,氨氮和MCLR的单独及联合处理还激活NOD1/2和TLR4a/4b信号通路,导致促炎因子IL-1β和TNF-α的表达水平和蛋白含量上升,进而可能诱发肠道炎症反应。肠道菌群分析结果进一步显示,氨氮和MCLR处理显著改变斑马鱼肠道内菌群的平衡,即氨氮增加厚壁菌门(Firmicutes)丰富度,MCLR增加放线菌门(Actinobacteria)丰富度但降低变形菌门(Proteobacteria)丰富度,而氨氮和MCLR联合作用增加肠道致病菌群假单胞菌属(Pseudomonas)和分枝杆菌属(Mycobacterium)丰富度。进一步,两者联合暴露还导致肠道中产生短链脂肪酸的菌群丰度和短链脂肪酸含量显著降低。综上所述,氨氮和MCLR联合处理对斑马鱼肠道免疫及菌群稳态产生了协同的负面影响,其对水生动物和水生态系统的健康构成了不容忽视的潜在风险。

α-硫辛酸在微囊藻毒素-LR诱导草鱼卵巢细胞损伤中的作用

为研究α-硫辛酸(Alpha lipoic acid,α-LA)在微囊藻毒素-LR(Microcystin-LR,MC-LR)诱导水生动物毒性效应中的保护作用,本研究以草鱼卵巢(Grass carp ovary,GCO)细胞为研究对象,检测分析了不同浓度α-LA以及α-LA与MC-LR共同暴露对GCO细胞活力的影响,随后根据测定的结果设置对照组(不添加MC-LR和α-LA)、125μmol·L^(-1)α-LA组、24μmol·L^(-1)MC-LR组及125μmol·L^(-1)α-LA+24μmol·L^(-1)MC-LR组,检测分析了α-LA在缓解MC-LR对GCO细胞活性、氧化应激以及炎症方面的影响。结果表明:与对照组相比,24μmol·L^(-1)MC-LR可诱导乳酸脱氢酶(LDH)活性和丙二醛(MDA)含量显著上升,同时显著抑制谷胱甘肽(GSH)活性(P<0.05),当MC-LR处理组中加入125μmol·L^(-1)α-LA后,与MC-LR单独暴露组相比,LDH活性和MDA含量均显著下降(P<0.05),但GSH活性却显著上升(P<0.05)。对氧化相关基因分析发现,与对照组相比,24μmol·L^(-1)MC-LR可显著降低SOD1、CAT和GST基因的表达量(P<0.05),当125μmol·L^(-1)α-LA与24μmol·L^(-1)MC-LR共同作用于GCO细胞后,与MC-LR单独暴露组相比,联合暴露组的GST基因的表达量显著上升(P<0.05),但SOD1和CAT两个基因的表达变化不显著(P>0.05)。此外,对炎症因子进行分析发现,MC-LR单独暴露组TNFα和IL11基因的相对表达水平显著高于对照组(P<0.05),但联合暴露组中的TNFα和IL11基因的相对表达水平却显著低于MC-LR单独暴露组(P<0.05)。研究结果表明,α-LA可缓解MC-LR诱导的氧化应激,提高细胞活力,抑制GCO细胞炎症的发生,从而减弱MC-LR对GCO细胞的损伤。

环境微生物对水体中微囊藻毒素降解机制的研究进展

近年来,全球气候变暖和水体富营养化加剧导致蓝藻水华污染严重,而大部分蓝藻水华暴发后产生的微囊藻毒素(Microcystins,MCs)极具危害性,对人类健康和水生生态系统构成威胁。有效控制和去除水体中的MCs已成为当前亟需解决的一项难题。现有研究表明,微生物降解MCs具有高效和环保的治理效益。因此,本文综述了MCs的产生、结构和毒性危害,并着重介绍了国内外学者在微生物降解MCs的酶促降解途径、降解基因和降解酶领域的研究进展;此外,还分析了微生物降解菌在水体生态修复中的潜在应用,并展望了对MCs的非mlr降解途径机制、优化表达MCs降解酶、构建高效双功能降解菌等未来研究方向,旨在为深入研究MCs微生物降解机制并有效改善全球水体中MCs污染现状提供新思路。

黄铁矿-Fe(Ⅲ)表面Lewis酸位点增强微囊藻毒素催化水解的机制

天然黄铁矿(Pyrite)在高温(60℃)下能有效降解(k=0.072 min^(-1))水中微囊藻毒素(MCs),但突破高温瓶颈、实现常温条件[(25±5)℃]下MCs的高效降解仍是目前水处理技术的难点.本文发现外加铁离子(Fe^(3+),FeCl_(3))能加速Pyrite常温体系对微囊藻毒素-RR(MC-RR)的水解效率(水解贡献率77.94%),其降解速率常数(0.36 h^(-1))是单独Pyrite体系(0.12 h^(-1))的3倍.通过X射线光电子能谱仪(XPS)、循环伏安法(CV)、原位表面衰减全反射红外光谱(in situ ATR-FTIR)和密度泛函理论(DFT)等研究发现,外加Fe^(3+)通过形成Fe(Ⅲ)—O键增加了Pyrite表面Lewis酸铁位点数,再通过其与C=O配位实现了对MC-RR酰胺键的水解.此外,外加的Fe^(3+)还能将Pyrite表面多价态硫物种(S_(n)^(2-),S_(2)^(2-))氧化为单质硫(S0),通过形成氢键—NH…S进一步促进MC-RR的水解.本研究不仅为蓝藻水华治理提供了一种常温矿物处理技术,还为自然水体中酰胺类有机污染物的自净机制提供了理论依据.

微囊藻毒素的检测和脱除方法研究进展

近年来,由于富营养化,全球有害蓝藻水华的发生率持续上升,形成水华的蓝藻会释放出多种毒素。微囊藻毒素是有害蓝藻产生的常见毒素,具有肝毒性、肾毒性、神经毒性、生殖毒性等多种毒性,严重威胁人类和生态系统健康。微囊藻毒素在水中非常稳定,难以通过传统水处理工艺去除。因此,寻求经济有效的微囊藻毒素检测和脱除方法至关重要。本文综述了定量检测和去除微囊藻毒素的方法,包括物理法、化学法和生物法,并分析总结了这3类方法用于检测和脱除微囊藻毒素的优势与局限性,总结了不同方法脱除微囊藻毒素的机理,重点介绍了绿色高效的光催化与安全有效的生物方法脱除微囊藻毒素,最后基于当前的研究结果,对未来微囊藻毒素脱除研究方向进行了展望,为解决环境中微囊藻毒素的污染问题提供思路。

微囊藻毒素在水环境中的分布及与微生物之间的相互关系

由蓝藻水华引起的微囊藻毒素(microcystins,MCs)严重威胁水生态系统,是全球关注的环境热点问题之一。以往多数学者聚焦于MCs对动植物的毒害,缺少其与微生物群落之间相互响应关系的综述。因此,该文旨在探讨MCs对水环境中微生物生态及功能的影响,总结了MCs的化学结构和毒性特点,阐释了MCs在典型水域的分布特征,并重点讨论了MCs对微生物群落的影响。同时,也探讨了功能微生物对MCs的降解机理。MCs对微生物群落具有毒性作用,能够影响原水生态系统的氮磷循环,改变微生物群落的代谢能力和生态系统功能,进而对整个微生物生态系统平衡及稳定造成负面影响。该文进一步对水生态系统中MCs污染及对微生物群落的响应机制进行了总结和展望,可为MCs的水污染控制提供有益参考。

微囊藻毒素-LR对生菜非结构性碳水化合物代谢的影响

【目的】研究低质量浓度微囊藻毒素-LR(MC-LR)慢性暴露对生菜(Lactuca sativa)叶片及根系非结构性碳水化合物代谢的影响,为富营养化水体在生菜灌溉中的应用提供理论指导。【方法】以散叶生菜为试验材料,采用土培试验方法,设置不同质量浓度(0(对照组),1,5,10,30μg/L)MC-LR的水溶液灌溉生菜30 d,通过分析生菜叶片及根系中可溶性糖(葡萄糖、果糖和蔗糖)及淀粉含量、蔗糖和淀粉代谢相关酶活性的变化,探讨生菜非结构性碳水化合物代谢对MC-LR慢性暴露的响应。【结果】10和30μg/L MC-LR组生菜对MC-LR的富集系数较5μg/L MC-LR组分别显著上升10.85%和17.83%(P<0.05),而对MC-LR的转运系数分别显著下降17.46%和13.85%(P<0.05)。与对照组相比,1μg/L MC-LR组生菜净光合速率显著提高了9.17%(P<0.05),叶片中果糖含量及根系中葡萄糖含量和淀粉酶(AMS)活性分别显著增加了52.71%,19.13%和37.01%(P<0.05);5,10和30μg/L MC-LR组生菜净光合速率提高,但差异不显著(P>0.05),叶片和根系中葡萄糖、果糖和蔗糖含量均显著增加(P<0.05),叶片中性转化酶(NI)活性分别显著降低了27.10%,38.01%和37.29%(P<0.05),淀粉合成酶活性分别显著增加20.92%,24.57%和30.28%(P<0.05),根系蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和AMS活性均显著增加(P<0.05)。【结论】1μg/L MC-LR水溶液灌溉对生菜叶片和根系中非结构性碳水化合物的分布和代谢影响较弱;而5~30μg/L MC-LR水溶液灌溉通过促进生菜根系淀粉分解和蔗糖代谢活性,维持体内较高浓度的可溶性糖,从而提高生菜的抗逆性。

富里酸(FA)对微囊藻毒素-LR(MC-LR)的光降解作用及环境影响因素分析

为研究自然水环境中溶解性有机质(DOM)对微囊藻毒素-LR(MC-LR)的光降解作用,选择DOM的主要光敏活性组分富里酸(FA)作为光敏剂,在模拟太阳光照射下,对比了不同质量浓度FA(2.5、5.0、7.5、10.0 mg/L)溶液中MC-LR的光降解规律和光降解产物,并探究了不同pH、光照度对FA光降解MC-LR的影响。结果表明:MC-LR能在去离子水中发生直接光降解反应,不同质量浓度的FA对MC-LR的光降解均有促进作用,其中,7.5 mg/L FA对MC-LR的光降解作用最强,180 min时降解率达52.65%;FA对MC-LR的光降解过程符合二级反应动力学方程,其光降解产物与在去离子水中直接光降解的产物相同;不同pH和光照度下,FA对MC-LR的光降解作用依次为pH 6>pH 7>pH 8>pH 9,39.8μmol/(s·m^(2))>56.9μmol/(s·m^(2))>22.8μmol/(s·m^(2))。研究表明,pH和光照度均会影响FA对MC-LR的光降解作用,其中,pH为6、光照度为39.8μmol/(s·m^(2))时,FA对MC-LR光降解作用最强。

微囊藻毒素-LR染毒对小鼠肝脏糖脂代谢的影响

目的探讨微囊藻毒素-LR(MC-LR)对小鼠肝脏糖脂代谢的影响。方法将40只雄性C57BL/6小鼠随机均分成对照组、低染毒组、中染毒组、高染毒组,各组分别给与含0、1、60、120μg/L MC-LR的饮用水染毒6个月。除对照组外,其他各组构建MC-LR慢性染毒体内模型。HE、油红O染色观察各组小鼠肝脏组织病理学改变情况。ELISA检测各组小鼠血清白脂素、胰岛素(INS)水平。比较各组小鼠肝脏质量、肝脏指数和血清谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)、血糖、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、游离脂肪酸(FFA)、高密度脂蛋白胆固醇(HDLC)、低密度脂蛋白胆固醇水平。结果各染毒组小鼠肝脏体质量及肝脏指数与对照组比较,差异均无显著性(P>0.05)。HE、油红O染色结果显示,对照组、低染毒组小鼠肝小叶结构完整,肝细胞排列有序,未见明显病理改变;中、高染毒组小鼠肝小叶排列紊乱,可见少量炎症细胞浸润及脂肪变性,且高染毒组脂肪变性程度最为严重。与对照组相比,中、高染毒组GPT、GOT、TG、TC、FFA、白脂素、INS和血糖水平上升(P<0.05),HDLC水平下降(P<0.05)。结论MC-LR染毒处理可诱导小鼠肝脏糖脂代谢紊乱。

藻毒素降解酶A与微囊藻毒素作用条件的分析

化学生物学的一个重要内容是以生物体中的重要调控酶为靶酶,通过异源表达获得靶酶并研究其性质,实现靶酶的实际应用。以藻毒素降解酶A(MlrA)为中心,成功制备并表征目的蛋白,分析其纯度并探讨不同条件(底物浓度、温度、pH、金属离子)对MlrA降解微囊藻毒素(MCs)活性的影响。通过实验,学生掌握制备和表征目的蛋白的方法,掌握探究不同条件对酶活性影响的实验设计,熟悉重要仪器的使用,进而提高分析问题、解决问题的能力,将理论与实践相结合。在实验教学过程中引导学生思考科学研究对社会的价值和意义,体会科学道德和社会责任的重要性,认识作为科学研究者的社会责任和使命,进而培养并提升学生的科学探究意识和社会责任感。

MC-LR磁性分子印迹微球结合高效液相色谱-串联质谱对鱼肉中微囊藻毒素的测定

建立了MC-LR磁性分子印迹微球(Fe_(3)O_(4)@MIP)结合高效液相色谱串联质谱法(HPLC-MS/MS)测定鱼肉中的8种微囊藻毒素(MCs)。以MC-LR为模板,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,在磁性纳米颗粒外包裹SiO_(2),在其表面合成对MCs有特异性识别的MC-LR Fe_(3)O_(4)@MIP。并对其磁性、吸附性能和特异性进行检测。将MC-LR Fe_(3)O_(4)@MIP作为磁性固相萃取的吸附剂,在优化条件下测定鱼肉中8种MCs,该方法在0.1~10μg/L的范围内呈现良好的线性关系(R^(2)≥0.99),检出限均为0.05μg/kg,定量限均为0.15μg/kg,平均回收率在74.8%~92.7%之间,相对标准偏差在1.1%~4.5%之间。结果表明,利用MC-LR Fe_(3)O_(4)@MIP能实现鱼肉中MCs的绿色、高效、特异性检测。

基于CiteSpace可视化分析微囊藻毒素的研究进展

为探究微囊藻毒素(MCs)研究领域的知识主题演化历程及研究热点,以中国知网(CNKI)中文核心期刊为数据来源,基于CiteSpace软件对MCs的研究动态进行文献计量分析。从年度发文量来看,MCs的研究受到学者大量、持续的关注,研究论文多发表于环境化学、生物学和生态学等领域的期刊,其中《水生生物学报》为载文量最多的期刊。关键词分析表明,MCs研究涉及内容较广,包括MCs毒性、检测、降解和时空分布等方面,其中MCs的生物降解及其毒性效应是研究的热点,MCs对草鱼器官及基因表达的影响是研究的前沿领域。MCs相关研究可分为3个阶段,1993—1999年研究处于初级阶段,以MCs的分离纯化、对肝脏的毒性效应和饮用水中MCs浓度研究为主;2000—2011年该领域研究热度提升,并呈现出多个研究方向,其中以MCs的生物降解和检测为主,并对MCs的毒性效应及环境分布相关领域进行了拓展性研究;2012—2021年继续对MCs含量的检测及其毒性效应进行深入研究。利用基因工程技术构建高效表达MCs降解基因的工程菌或建立稳定性好且降解效率高的微生物群落,研发加快生物降解的催化剂,研究环境相关浓度MCs复合污染的生态毒理效应及其作用机制是今后重要的研究方向。

固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法同时测定海产品中微囊藻毒素和鱼腥藻毒素

目的:建立固相萃取-高效液相色谱-串联质谱法同时测定海产品中7种微囊藻毒素和2种鱼腥藻毒素的方法。方法:样品经80%乙腈提取,HLB小柱净化后,采用MRM模式进行分析,外标法定量。结果:7种微囊藻毒素和2种鱼腥藻毒素在0.5~50.0μg·L^(-1)范围内线性关系良好,检出限为0.3μg·kg^(-1),回收率为75.5%~98.8%,相对标准偏差在1.5%~5.4%。结论:该方法重现性较好、灵敏度高、成本低,可以实现海产品中的鱼腥藻毒素和微囊藻毒素的同时检测。

粤东地区重点水库微囊藻毒素的季节性变化特征

为了解微囊藻毒素(Microcystins, MCs)在粤东地区水库中的季节性变化特征及其影响因素,本文对20座重点水库开展连续两年的调查研究。结果显示,20座水库的浮游植物门类组成全年均以蓝藻门为主,各季度的丰度平均值为7812~21515 cells/mL,其中MCs蓝藻所占比例较低,仅为373~1156 cells/mL,且在季节间无显著差异。水体中的MCs浓度总体上处于较低水平,变化范围为0.05~0.33μg/L,在季节性变化方面,春季和秋季之间的MCs浓度无显著差异,但冬季和夏季的MCs浓度分别显著高于和低于春、秋两季。相关性分析表明,水体中的MCs浓度与产MCs蓝藻丰度呈显著正相关,与水温呈极显著负相关。

紫外和过氧化氢去除水中微囊藻毒素和叶绿素的试验研究

该文主要研究了UV/H_(2)O_(2)氧化法去除水中微囊藻毒素-LR和叶绿素的效果。通过试验,该文对比了单独UV照射处理、单独H_(2)O_(2)处理、UV/H_(2)O_(2)联用处理对微囊藻毒素和叶绿素的降解效果。结果表明,UV照射和H_(2)O_(2)对去除水中微囊藻毒素-LR和叶绿素具有协同效应。

水中微囊藻毒素-LR的光化学氧化降解与减毒研究进展

蓝藻水华及其释放的藻毒素危害水生态与饮用水安全,其中,微囊藻毒素-LR(MC-LR)是污染最普遍、危害最严重的一类蓝藻毒素.阐述了天然水体中MC-LR的直接光解与光敏化降解过程机制;解析了光化学氧化(包括紫外光、太阳光、溶解性有机质光敏化)对水中MC-LR的降解动力学与机理,并分析了水环境基质背景对MC-LR光化学降解的影响,进而评价MC-LR的降解途径与产物毒性.最后提出光化学氧化降解MC-LR在富营养化实际水体应用中需要深入研究的发展方向,为蓝藻水华污染防控与修复提供科学依据.

全球水体微囊藻毒素分布特征及其潜在环境风险分析

由于气候变暖和氮磷等外源营养物输入居高不下,全球许多水体中蓝藻水华(CyanoHABs)事件频繁发生,甚至在一些水质已经恢复的区域出现了反弹。部分水华蓝藻(如铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa、念珠藻Nostoc等)会产生微囊藻毒素(Microcystins,MCs),危害人体和水生态健康。利用Web of Science数据库调研了全球不同地区324个湖库(共1 291条数据)和15条河流(共96条数据)中MCs质量浓度;同时调查水温、pH、氨氮、硝酸盐氮、氮磷比等信息。结果表明,49.8%调查水体中胞外MCs质量浓度低于世界卫生组织标准(1μg·L^(-1))。相关性分析表明,水体中ΣMCs质量浓度与硝酸盐氮、氨氮、氮磷比等水环境因子指标存在显著相关性。基于美国环保署水生物毒性数据库,利用风险商法评估了MC-LR水生态风险,研究表明,17.5%调查水体具有较低风险(0.110)。在MCs毒害作用机制方面,应加强MCs对生物体已有疾病(如炎症、糖原动态平衡障碍)的作用机理研究以及MCs对线粒体的影响研究,并进一步研究MCs对PP1/2A酶的亚基蛋白影响机理。