青草沙水庫(kù)藻類及其毒素污染狀況和微囊藻提取物的遺傳毒性試驗(yàn).pdf

1、水體富營(yíng)養(yǎng)化的最大危害就是水華。水華中60％～70％的藻為產(chǎn)毒藻，并可向水體釋放微囊藻毒素(Microcystins，MCs)。青草沙水庫(kù)位于長(zhǎng)江下游長(zhǎng)江口，是典型的河口水庫(kù)。該水庫(kù)供水規(guī)模占上海市原水供應(yīng)總規(guī)模50％以上，受益人口逾1000萬，保障青草沙水庫(kù)水質(zhì)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。
　　MCs毒性強(qiáng)，性質(zhì)穩(wěn)定，常規(guī)水處理及煮沸均不能完全消除。短期暴露于大量的微囊藻毒素可以導(dǎo)致人類急性中毒，甚至死亡;長(zhǎng)期暴露于低劑量的MCs可能對(duì)

2、人群健康構(gòu)成潛在威脅。MCs是強(qiáng)促癌劑，能抑制蛋白磷酸酶PP1和PP2A的活性。肝臟是其最重要靶器官。對(duì)于MCs所導(dǎo)致的遺傳毒性研究多集中于肝細(xì)胞。近來研究表明，微囊藻提取物(Microcystis Extracts，MCE)能夠誘導(dǎo)腎臟原癌基因c-fos、c-jun等的表達(dá)。而MCE致腎細(xì)胞的遺傳毒性研究較少。
　　基于此，本研究1）通過密切監(jiān)測(cè)青草沙水庫(kù)水質(zhì)、藻類及其毒素的污染狀況，判斷水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化程度，確定優(yōu)勢(shì)藻，探索藻類

3、演化趨勢(shì)。2）獲取青草沙水庫(kù)水華MCE，并開展其對(duì)人胚腎HEK293細(xì)胞系的細(xì)胞毒性和遺傳毒性試驗(yàn)，為風(fēng)險(xiǎn)控制提供依據(jù)。
　　第一部分青草沙水庫(kù)水質(zhì)、藻類及其毒素污染現(xiàn)狀
　　青草沙水庫(kù)是目前中國(guó)最大的淺層河口型水庫(kù)，于2011年6月正式全線通水。水庫(kù)水面積約66km2，有效庫(kù)容4.35億m3，規(guī)劃供水規(guī)模為719萬m3/d。其水質(zhì)受上游水質(zhì)、水量的直接影響，豐富的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽是富營(yíng)養(yǎng)化的危險(xiǎn)因素。2011年6月至12月，

4、我們密切監(jiān)測(cè)青草沙水庫(kù)水質(zhì)狀況、藻類生長(zhǎng)及微囊藻毒素的變化。
　　1.采樣點(diǎn)的設(shè)置與監(jiān)測(cè)指標(biāo)
　　采樣點(diǎn)依據(jù)《青草沙水庫(kù)常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)采樣方案》設(shè)定，共設(shè)置11個(gè)采樣垂線，為庫(kù)首1＃，中央沙2＃，墾區(qū)南側(cè)3＃、墾區(qū)北側(cè)4＃，庫(kù)中5＃、6＃、7＃，庫(kù)尾8＃、9＃，取水口10＃，庫(kù)首閘外11＃。
　　監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括:1）水質(zhì)指標(biāo):總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素-a、水溫、溶解氧、透明度、濁度、pH值、鹽度、電阻率、電導(dǎo)率、溶

5、解性總固體;2）藻細(xì)胞種屬鑒定和藻細(xì)胞密度;3）5種MCs異構(gòu)體;包括溶解性MCs和總MCs。
　　2.研究結(jié)果
　　1)青草沙水庫(kù)水溫呈明顯的季節(jié)性變化趨勢(shì)，四分位數(shù)范圍20.30～27.50℃;溶解氧多為Ⅰ類水質(zhì)，四分位數(shù)范圍7.89～9.82mg/L;透明度庫(kù)首1＃、中央沙2＃、墾區(qū)南側(cè)3＃和庫(kù)首閘外11＃較低;pH值四分位數(shù)范圍8.43～9.01，呈堿性;鹽度7～11月趨于平穩(wěn)，其四分位數(shù)范圍0.15～0.19g/L

6、，12月鹽度有明顯的升高，均值為0.30g/L;電阻率四分位數(shù)范圍2.48～3.20×103Ω·cm;電導(dǎo)率四分位數(shù)范圍313～402μs/cm;溶解性總固體四分位數(shù)范圍156.5～201.0mg/L。葉綠素-a含量與水溫和CODMn呈顯著正相關(guān)關(guān)系。
　　2)根據(jù)修正的卡爾森指數(shù)法，青草沙水庫(kù)CTSIM多在60～70之間，呈中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。
　　3)8、9月份藻細(xì)胞密度高，四分位數(shù)范圍為4.3×106個(gè)/L～5.9×10

7、6個(gè)/L。庫(kù)外長(zhǎng)江水11＃采樣點(diǎn)藻細(xì)胞密度多為105個(gè)/L，低于庫(kù)內(nèi)。
　　4)6至8月，藍(lán)藻比例明顯提高，主要為微囊藻、顫藻、魚腥藻、束絲藻;9至12月，硅藻占優(yōu)勢(shì)，主要為小環(huán)藻、顆粒直鏈藻、舟形藻。
　　5)青草沙水庫(kù)微囊藻毒素以MC-RR/YR/LR三種異構(gòu)體為主;MCs水平6～8月含量及檢出率較高;庫(kù)中6＃點(diǎn)、庫(kù)尾北側(cè)9＃點(diǎn)及墾區(qū)北側(cè)4＃點(diǎn)水樣微囊藻毒素檢出率相對(duì)較高。
　　第二部分青草沙水庫(kù)微囊藻提取物的遺傳

8、毒性試驗(yàn)
　　多數(shù)研究者使用肝細(xì)胞進(jìn)行MCs的遺傳毒性研究。近來研究表明，MCs也可能損害腎臟。然而，很少有研究者采用腎細(xì)胞進(jìn)行遺傳毒性評(píng)價(jià)。在遺傳毒性檢測(cè)領(lǐng)域，微核試驗(yàn)廣泛應(yīng)用。近來發(fā)展的胞質(zhì)阻滯微核試驗(yàn)，因其解決了常規(guī)培養(yǎng)微核試驗(yàn)無法區(qū)分全部轉(zhuǎn)化細(xì)胞和首次分裂細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)問題，得到相當(dāng)大的發(fā)展。本研究開展MCE對(duì)HEK293的遺傳毒性評(píng)價(jià)。
　　1.樣品的采集和MCE的獲取
　　2012年水華形成期間，用25＃浮游

9、生物網(wǎng)采集青草沙水庫(kù)取水口水華樣品，鏡檢發(fā)現(xiàn)微囊藻為優(yōu)勢(shì)藻，同時(shí)可見顫藻和魚腥藻，這三種藻均為產(chǎn)微囊藻毒素的藍(lán)藻。樣品提取后用HPLC進(jìn)行成分分析，每克凍干藻細(xì)胞MC-RR540.3μg、MC-YR106.7μg、MC-LR311.8μg、 MC-LW12.7μg、 MC-LF10.3μg。
　　2.微囊藻提取物對(duì)人胚腎293細(xì)胞的細(xì)胞毒性
　　以含凍干藻細(xì)胞6.13×10-3μg/ml、6.13×10-2μg/ml、6.1

10、3×10-1μg/ml、6.13μg/ml、61.3μg/ml、613μg/ml的劑量染毒，進(jìn)行CCK-8細(xì)胞毒性試驗(yàn)，結(jié)果表明，染毒劑量為凍干藻細(xì)胞613μg/ml時(shí)，平均細(xì)胞存活率為80％，小于該劑量存活率＞90％。
　　3.微囊藻提取物對(duì)人胚腎293細(xì)胞的遺傳毒性
　　采用胞質(zhì)阻滯微核試驗(yàn)從染色體層面評(píng)估含MC-LR等的微囊藻提取物對(duì)人胚腎細(xì)胞系HEK293的遺傳毒性。陰性對(duì)照為0.5％DMSO，陽(yáng)性對(duì)照為1μmol/