微囊藻毒素的检测及其治理研究进展

王祥炳　黄晓容

摘 要：微囊藻毒素是水体富营养化发生后产生的最大危险物质之一，对人体健康有极大的危害。文章主要从藻毒素的危害、致毒机理、分析检测方法及其去除方法等方面，对近年来对藻毒素的研究进展进行介绍。

关键词：微囊藻毒素；检测；去除方法

微囊藻毒素（MC）是由微囊藻（Microcystis）、浮游蓝丝藻（ Plankt othrix）、鱼腥藻（Anabaena）和颤藻（Oscillat oria）等淡水藻类产生的环七肽肝毒素[1]。微囊藻毒素是"水华"产生的最大危险物质之一。它不仅直接污染饮用水源，还可以在水生生物中富集，通过食物链而进入高等级生物体内，直接威胁人类的健康和生存。

1 微囊藻毒素的致毒机理

根据藻毒素对生理系统、器官和细胞等主要器官的不同影响，一般分为肝毒素、神经毒素和接触、肠胃刺激性毒素。有报告指出藻毒素可能促进肿瘤的发生[2]。微囊藻毒素可以促进机体内脂类物质过氧化反应，破坏机体氧自由基的产生与清除的平衡，而体内自由基和许多疾病和外源性损伤的病理过程都有关联[3]。

2 微囊藻毒素的检测方法

水环境中MC的分析检测是研究其在水环境中分布和迁移规律以及去除方法的基础。目前MC的检测方法可以简单分为：生物检测法、免疫检测法、蛋白磷酸酶抑制法、色谱分析法和聚合酶链反应（PCR）分析。

2.1 生物检测法

生物检测法分为动物实验和细胞学实验。动物实验是通过研究藻毒素对动物的急性毒性作用来验证其毒理效应。但其缺点是不能进行定性分析，且检测灵敏度不高。细胞学实验是利用原代肝细胞来检测藻毒素，可大大减少受试动物的使用量，同时受试细胞的同质性还可避免在动物实验各出现的个体差异，缺点是对操作者要求较高，要求操作人员掌握一定细胞培养技术。

2.2 色谱分析法

分析MC的色谱技术包括高效液相色谱（HPLC），液相色谱-质谱联用分析（（LC-MS），毛细管电泳技术（CE）等。

高效液相色谱（HPLC） 是环境监测不可或缺的技术支撑，对藻类毒素及其同系物可做到定性和定量分析，是了解藻类毒素化学性质和结构的重要手段。但HPLC方法需要经过专门培训的操作技术人员，依赖大型仪器设备，同时需要购买高纯度标准样品，这些特性均限制了该方法在普通实验室的普及和应用。LC-MS选择性好，能够实现水体多种藻类毒素混合物的同时分离和鉴定。目前有报道LC-MS对MC-LR、MC-YR、MC-RR的检测下限分别为37、42和23ng/L[4]。同HPLC法相比较其灵敏度不够，其检测下限仅为1mg/L。故目前CE法仅限于快速和应急检测，一般不作为常规水体检测藻类毒素的手段。

2.3 聚合酶联反应（PCR）检测

基于MC浓度与微囊藻Microcystis mcyE和Anabaena mcyE拷贝量呈正相关性原理，利用PCR扩增湖泊水样中mcy基因，记录mcy的拷贝数以确定产MC藻细胞数量。PCR可以在基因片断分析基础上实现对产毒藻类的识别并计数藻类的数量。

3 微囊藻毒素的治理方法

微囊藻毒素能对人体造成巨大损伤，人们已研究一些处理方法以除去水中的藻毒素，大体可分为物理法、化学法、生物法和复合工艺。

3.1 物理法

去除藻毒素的物理法主要有气浮法、混凝沉淀法、吸附法、膜过滤法等。

混凝沉淀有一定的局限性，若混凝劑的投加不合理，会使藻细胞裂解，导致水体中溶解性藻毒素增加，对藻毒素的总体去除效果并不理想。膜过滤法以纳米过滤、超滤和反渗透为代表，过滤的效果略有差异，这类方法均可高效削减水体中藻毒素的含量。尽管膜过滤法在去除水体藻毒素方面具有较高的效率，但作为膜技术中关键部件的膜，容易受到水体中有机物的污染，故其成本非常高，最好用来处理经过其它工艺预处理过以后的低污染水体。

3.2 化学试剂法

化学试剂法主要是利用化学试剂的强氧化作用来去除藻毒素，主要有高锰酸盐法、臭氧法、光催化氧化法等。

高锰酸盐作为一种强氧化剂可以氧化各类有机化合物，对有机物分子中功能团的破坏能力非常强，甚至可以分裂苯环，破坏MC分子中的不饱和双键，因此消除MC毒性十分有效；有研究认为高锰酸盐能有效去除MC，也有报告指出该方法反而使水体藻毒素浓度升高。光催化氧化是一种高级氧化技术，光催化产生的羟自由基可明显抑止藻类生长同时具有杀菌消毒的能力。

3.3 生物法

MC是一类环状肽类有机化合物，可以利用一些自然界中存在的少数生物种群来降解藻类毒素；与前述化学及物理方法相比，生物法的成本低廉且不会产生二次污染。目前生物法研究中报道较多的是部分水生植物和微生物对藻毒素的降解。

Pflugmacher等研究报道了水生芦苇对周围水环境中藻类毒素的吸收和降解作用[5]。国内的尹黎燕等研究了苦草根对藻类毒素的降解作用[6]。这两类水生生物虽均具有降解水体中藻类毒素的能力，但缺点是作用周期长，而且在这个作用过程中，还会出现藻类毒素的富积与迁移，存在通过食物链传递到高等动物的风险。

3.4 复合处理工艺

臭氧-活性炭是结合臭氧的氧化性和活性炭的吸附性，去除率可达99% 以上，该法是解决MC污染的理想方法。可以同时考虑各净水单元对藻毒素的去除效果以进行各单元工艺的优化组合，确保饮用水安全。

综上所述，目前对微囊藻毒素检测及治理技术研究尚不完善，还存在一些问题，但是随着对微囊藻毒素研究的深入，最终完全认识其合成机理，找到快速准确的检测方法，开发更为高效的微囊藻毒素去除技术。

参考文献

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

[3]钟启升，李元，杨良.微囊藻毒素合成机理的研究进展[J].环境科学导刊，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，黄家权，沈强，等.微囊藻毒素在沈水植物苦草中的积累[J].水生生物学报，2004，28（2）：151-l54.