活性炭、过氧化氢和次氯酸钠去除拟柱孢藻毒素的比较研究

水华蓝藻产生的拟柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin,CYN)已经成为一种新型的生物源性污染物,给水生态系统健康和饮用水安全造成了严重威胁.为了有效应对CYN造成的突发性水污染,本研究利用从产毒藻株中提取的CYN,首次系统比较了水处理工艺中常用的活性炭、H_(2)O_(2)和NaClO对CYN的应急处置效果,对比了吸附法和氧化法的处理效率.结果表明,对于初始浓度为217.4μg·L^(-1)的CYN,1 g·L^(-1)的活性炭处理48 h可以达到约70.5%的去除效率,5 g·L^(-1)和10 g·L^(-1)的活性炭在24 h内就可以去除74.6%~88.9%的CYN,48 h的去除效率达到85.5%~94.1%.3种质量浓度H_(2)O_(2)去除CYN的效率无显著差异,且在24 h时就已经基本反应完全,1 mg·L^(-1) H_(2)O_(2)处理48 h的CYN去除效率为60.2%.NaClO与CYN的反应也在24 h内基本完成,3 mg·L^(-1) NaClO的CYN去除效率显著高于低质量浓度组,在48 h后达到68.8%.综上所述,活性炭吸附组去除CYN的效率更高,且随着添加量的增加和处理时间的延长而增大;H_(2)O_(2)和NaClO氧化组去除CYN的效率相对较低,但反应速度更快;在水处理过程中,可以将氧化法和吸附法相结合,以满足应急处置的要求.

直接竞争ELISA检测拟柱孢藻毒素的方法建立和评价

拟柱孢藻毒素(CYN)对人和动物具有高毒性而在世界上广受关注,快速检测方法的建立可为蓝藻毒素的风险评估提供有效的技术手段.本研究基于前期制备的CYN的单克隆抗体N8,旨在建立一种CYN的快速免疫检测方法-直接竞争ELISA.在对HRP-CYN酶标记物和N8单抗的稀释度进行优化后,最适反应条件下建立的直接竞争ELISA在0~200ng/mL CYN浓度下呈现典型的S型反应曲线,该方法的灵敏度为0.069ng/mL,经logit-log拟合的线性范围为0.1~10ng/mL,检出限远低于WHO建议的0.7ng/mL CYN的安全限值.本研究建立的ELISA方法对水库水样和小球藻稀释液中加标回收率分别为80.44%~125.4%和52.97%~155.19%,在测定CYN时与商业Beacon试剂盒的检测结果高度一致.对大沙河水库中CYN的监测表明该毒素在水体中常年存在,但未超过WHO建议的安全限值.本研究发展的ELISA可实现水样和藻样中CYN的快速检测,为供水安全保障提供一种新的技术手段.

分散固相萃取-液相色谱-串联质谱法测定淡水鱼中柱孢藻毒素、节球藻毒素和微囊藻毒素

建立了同时检测淡水鱼中柱孢藻毒素、节球藻毒素、微囊藻毒素-RR、微囊藻毒素-YR及微囊藻毒素-LR的分散固相萃取-液相色谱-串联质谱方法。样品粉碎后,用乙腈-水-甲酸(89∶10∶1, v/v/v)提取目标物,C 18 分散固相萃取柱净化,Agilent ZORBAX Eclipse XDB C18 色谱柱分离,乙腈和水梯度洗脱,在多反应监测(MRM)模式下进行定性分析,基质匹配标准曲线外标法定量。考察了提取溶剂及吸附剂种类对提取效率和净化效果的影响,并优化了液相色谱-串联质谱条件。该法在各自范围内具有良好线性关系,相关系数( R 2)≥ 0.995 4;检出限为5~10μg/kg ,定量限为15~40μg/kg;样品的加标回收率为62.3%~101.2%。该方法前处理方法简单快速,灵敏高效,适用于淡水鱼中柱孢藻毒素、节球藻毒素和微囊藻毒素的有效检测。

二氧化氯降解水中柱孢藻毒素的研究

实验考察了在不同二氧化氯投加量、柱孢藻毒素(CYN)初始浓度、pH值及温度下柱孢藻毒素的降解效果,对二氧化氯降解柱孢藻毒素的反应动力学进行了探讨。结果表明,ClO_2能有效地降解柱孢藻毒素。CYN降解率随ClO_2投加量的增大而提高。当CYN初始浓度在15.11μg/L以下,CYN初始浓度对ClO_2降解CYN的影响不明显;当高于15.11μg/L增大,CYN初始浓度CYN降解率提高。温度为25℃的CYN降解率接近于30℃的,两者的CYN降解率均高于15℃的。酸性条件下CYN降解率高于碱性和中性条件的。在25℃/pH值7.05,柱孢藻毒素初始浓度为28.04μg/L,ClO_2投加量为0.5 mg/L 30 min CYN降解率达83.69%,120 min达92.62%。ClO_2降解CYN的反应为三级反应,在温度30、25和15℃时相应的速率常数分别为9.30×10^(-4)、9.90×10^(-4)和9.83×10^(-5)L^2/(μg^2·s);反应活化能为12.29 kJ/mol,ClO_2降解CYN在常温下反应迅速。

拟柱孢藻毒素生态毒性的研究进展和展望

随着全球变暖的加剧,拉氏拟柱胞藻(Cylindrospermopsis raciborskii)表现出从热带和亚热带地区向温带地区迁移和扩张的趋势。拟柱孢藻过度繁殖引发的主要生态环境问题是其有毒次级代谢产物——拟柱孢藻毒素(cylindrospermopsin,CYN)的大量产生。这种蓝藻毒素水溶性很高,可长时间停留在水体中,对动植物和人类健康造成威胁。近年来,国际上对CYN的研究越来越多,研究范围也日趋广泛,而国内的相关研究却很少。本文根据现有的研究结果,介绍了CYN的分子结构和理化特性;总结了CYN可能对水生生物、土壤作物和人类健康造成的影响和危害,并对相应的致毒机理进行了归纳总结;最后对未来的研究内容和方向进行了展望。

饮用水中柱孢藻毒素与类毒素-A控制研究进展

柱孢藻毒素和类毒素-A是目前饮用水处理领域关注的两种新兴藻类分泌毒素。柱孢藻毒素分子结构稳定、沸点高、水中溶解度高,可引起严重的急性肝中毒,同时具有较强的细胞毒性与基因毒性。类毒素-A分子量小、结构简单、神经毒性极大,被称为"极速致死因子"。鉴于其广泛存在于蓝藻生长的水源水中,其浓度与微囊藻毒素相当,对饮用水安全构成较大威胁,为此对柱孢藻毒素与类毒素-A的结构特征、毒性、检测方法及控制方法进行了综述。两种溶解性藻毒素在饮用水常规处理中均难以有效去除,氯化消毒对柱孢藻毒素的降解具有较好的效果而难以氧化类毒素-A,臭氧氧化和高级氧化对两种藻毒素的去除具有一定的效果。如何强化净水工艺中柱孢藻毒素和类毒素-A的有效控制是目前该领域新的研究方向之一。

酶联免疫法测定水中柱孢藻毒素的研究

使用柱孢藻毒素检测试剂盒,根据抗原与抗体间特异性结合原理,对水中柱孢藻毒素进行定量。柱孢藻毒素在0.05~2.0ng/mL呈良好线性关系,相关系数R^(2)=0.9950。向水样中分别添加0.1、0.25、0.5和1.0 ng/mL的柱孢藻毒素标准液,加标回收率分别为96.0%、100%、102%、99.2%。

拟柱孢藻毒素生物合成的分子基础与进化特征

拟柱孢藻毒素是由尖头藻等水华蓝藻产生的一种生物碱类蓝藻毒素.毒理学研究表明该毒素进入动物体内后能够对多种器官产生毒性效应,且以肝毒性较为明显.拟柱孢藻毒素的毒性虽不及微囊藻毒素,但由于其结构的稳定性和水溶性,能够在水体中积累到较高浓度,增大了饮用水健康风险,且容易通过食物链富集造成更为严重的中毒事件.随着尖头藻水华在世界范围内的蔓延,拟柱孢藻毒素也引起了研究者和水体管理部门的广泛关注.作为一种次级代谢产物,拟柱孢藻毒素的生物合成是从甘氨酸、精氨酸和丙二酰CoA开始,由特定的多种酶依次催化完成的.这些酶的编码基因在基因组上形成簇状结构,不同种的产毒藻具有相似的毒素合成基因簇,主要差别在于基因序列的变异和排列方式的不同.对毒素合成基因及其功能的探究不但有助于建立可靠的分子检测方法,用于预测水华发生过程中的毒素风险,还可以加深对蓝藻次级代谢产物合成与进化的认识,为利用和改造这些天然代谢途径合成新的活性化合物提供参考.通过对拟柱孢藻毒素生物合成的分子基础及其进化特征的系统性总结,以期从分子水平为相关领域的研究者提供有关拟柱孢藻毒素的全面认识.

华南热带水库拟柱孢藻产毒基因型的低优势及影响因子分析——以珠海市水库为例

研究以珠海市20座水库两次(2018年和2022年)调查数据为基础,分析华南热带地区产毒拟柱孢藻的发生规律和拟柱孢藻毒素(CYN)的健康风险。基于rpoC1和cyrJ基因的荧光定量PCR分析发现,在两次采样的40个样品中均检到拟柱孢藻,在其中的33个样品中检到产毒拟柱孢藻。种群内产毒基因型的比例在0.046%—38.66%,表明产毒株广泛存在但不占优势。与2018年相比,20座水库的总拟柱孢藻丰度均值在2022年增加近10倍,但两年的产毒拟柱孢藻丰度无显著差异;产毒基因型的比例明显下降,比例均值和最大值分别从2018年的14.86%和38.66%降至2022年的4.17%和17.24%;CYN浓度与产毒细胞比例具有类似的变化趋势,平均浓度也从0.56降至0.19μg/L。线性混合效应模型分析表明,非产毒基因型丰度随无机磷的升高及硝氮的下降而显著增加,而产毒拟柱孢藻比例随水温升高而增加。

ClO_2杀灭拟柱孢藻过程中毒素释放行为与释放机理

试验考察了二氧化氯(ClO_2)杀灭拟柱孢藻过程中不同条件下柱孢藻毒素(CYN)随时间的释放规律,对释放量与时间数据进行曲线方程拟合,并以透射电镜观察不同反应时间拟柱孢藻细胞形态,对柱孢藻毒素的释放机理进行分析。结果表明,反应初期5 min内CYN释放率随时间延长快速提高,随后增长缓慢,30 min后趋于稳定。ClO_2投加量影响了CYN释放速率,1.0 mg/L ClO_2投加量时CYN释放率要高于0.5 mg/L和0.7 mg/L时,但在反应2 h后不同ClO_2投加量的CYN释放率趋于接近。拟柱孢藻初始浓度对CYN释放率的影响不明显。CYN释放率在酸性条件下高于中性和碱性条件。随反应温度升高,CYN释放率逐渐升高。各种反应条件下CYN释放量与反应时间的关系可以用曲线方程来表示。藻细胞形态随反应时间延长发生变化。ClO_2投加量增大,藻细胞结构的破坏程度加剧。在反应初期CYN释放是通过扩散作用而并非由细胞壁的破裂而致。

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)及其毒素的研究进展与展望

随着水体富营养化程度的加剧,淡水蓝藻水华在全球范围内频繁暴发.拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)作为一类有害水华蓝藻,具有一定的产毒能力和较强的入侵性,日渐受到人们的广泛关注.近年来,拟柱孢藻不断由热带、亚热带地区向温带地区扩张,并在众多水体中出现暴发现象,若其毒素进入到饮用水中,无疑将对人类健康造成潜在威胁.本文从拟柱孢藻的分布演变、生态生理特征、毒性、检测和去除等研究前沿方面进行了综述,并对相关研究领域进行展望,为进一步研究拟柱孢藻的生态毒理、有效控制和去除提供科学依据.

给水厂对柱孢藻毒素的去除研究新进展

柱孢藻毒素对动物及人体有严重的危害性,并有很强的致癌作用,现已成为全世界给水处理研究中的新兴对象。柱孢藻毒素的性质特点决定其难以去除,常规处理中混凝、消毒等重要环节对其去除效果欠佳,后续深度处理如TiO_2/UV法效果明显,但深度处理技术尚有不足,需进一步研究。

杭州湘湖拉氏拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)藻株的分离及其特征研究

拟柱孢藻(Cylindrospermopsis)是一类具有固氮能力的丝状水华蓝藻,由于它可以产生拟柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin,CYN)以及较强的入侵性,因此被广泛关注.在全球范围内,拟柱孢藻水华的暴发频率和范围显著增加.在中国,拟柱孢藻的分布呈现从东南沿海地区向内陆,从热带、亚热带向温带扩散的特点.目前国内仅发现两株产CYN藻株,均为2012年分离自杭州湘湖的藻株.2020年9月从杭州湘湖分离到一新拟柱孢藻藻株,经形态学特征鉴定为拉氏拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii),基因测序表明该藻株和2012年分离自湘湖的一株有毒拟柱孢藻藻株的16S rRNA基因序列具有3个碱性的差异,和其他地区的拟柱孢藻的16S rRNA基因序列也表现出99.5%以上的相似性.通过对CYN合成基因片段的cyrA,cyrI和cyrJ的PCR检测,该藻株呈现阳性反应.经高效液相色谱(HPLC)化学检测,该藻株产CYN毒素,产毒量为1258.6μg/g.研究结果丰富了我国产CYN的藻株库,在一定程度上也表明其具有环境适应性和稳定性.研究再次验证了产CYN的拟柱孢藻的检测方法,包括DNA检测及HPLC化学检测.湘湖作为杭州萧山重要的饮用水备用水源,建议在今后的水环境监测和管理中引入拟柱孢藻和CYN监测.

湖泊水库中蓝藻及蓝藻毒素的监测技术和管理策略——“第四届国际水协湖泊与水库管理研讨会”成果汇编一

水源型湖泊与水库的管理对于全面保障城市水资源的安全具有战略性意义，其中尤以湖泊水库中藻毒素及其他新型有机污染物质的控制最为关键。本期栏目以蓝藻毒素的实时监控和管理为切入，将全球各地的专家学者的科研成果、管理经验、政策导向以及技术瓶颈所展开的广泛的探讨和交流进行提炼和梳理，望能给相关研发人员以新的启发和思考。

基于DE-3D U-Net的斑马鱼后脑血管共聚焦显微图像分割和量化测量

斑马鱼后脑部位的脉络丛控制着大脑和血管之间的物质交换,脉络丛周围的血管异常可引发相关的脑血管疾病。本文首先对斑马鱼后脑部位的主要血管进行了连续成像,使用共聚焦显微镜拍摄正常情况和柱孢藻毒素处理后的斑马鱼胚胎,获得了斑马鱼在受精后43~63 h的系列三维图像。然后,进一步开发了图像分割的神经网络DE-3D U-Net用于主要后脑血管的分割。网络分割结果显示,3根主要血管的类别像素准确率分别为86.67%、93.18%和83.74%。最后,绘制了斑马鱼后脑血管发育曲线图。结果表明,3根主要的血管半径在高浓度的柱孢藻毒素处理后出现了18%左右的缩减,中脑静脉夹角出现了30°~50°的缩减。此研究提出了一个可用于斑马鱼后脑血管分割的神经网络模型,得出的数据可为斑马鱼脉络丛发育研究提供基础。

实时荧光定量PCR技术在太湖蓝藻监测和评估中的应用

我国东部地区的湖泊深受蓝藻水华的影响,监测可产生毒素的藻种类及其浓度对于水质安全预警与管理有重要意义。然而传统形态学方法无法鉴别藻类产生毒素及嗅味物质的潜在趋势。为综合评估湖泊及其水源水体的藻类有毒代谢物发生风险,采用实时定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qPCR)方法对太湖产毒微囊藻基因、产毒柱孢藻基因和产2-甲基异莰醇基因进行监测,同时采用盘式酶联免疫法(enzyme-linked immuno-sorbent assay,ELISA)以及气相色谱-质谱法分析微囊藻毒素、柱孢藻毒素和2-甲基异莰醇浓度,并进行相关性分析。结果表明,太湖水体各项蓝藻产毒基因水平与相关藻毒素浓度具有良好相关性。由蓝藻产毒基因/藻种基因丰度的比值可知,高丰度的微囊藻菌株不具有产藻毒素的潜力,而绝大多数柱孢藻都含有产毒素的基因,表明采用产毒基因的拷贝数预测藻种的产毒能力更准确。不同类型的产毒藻基因在太湖具有显著的时空分布差异,产毒微囊藻基因在9月达到浓度峰值,在太湖西部浓度更高,而产毒柱孢藻和产2-甲基异莰醇基因则在7—8月达到峰值,在中部和东部维持较高浓度。太湖的饮用水源地2-甲基异莰醇风险显著高于微囊藻毒素和柱孢藻毒素。因此,分子生物监测和评估可为蓝藻预警与管理提供重要支撑。