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富营养化湖泊蓝藻毒素和异味物质的组成、分布及生态风险研究取得进展

  受水体富营养化和全球气候变暖影响,蓝藻水华在全球范围内的湖泊、水库等水体中频繁暴发。蓝藻暴发带来一系列蓝藻毒素和异味物质等衍生物污染问题,对水生态系统安全产生严重威胁。鱼类是水生态系统的重要组成部分,对维持水生态系统稳定有重要作用,但富营养化水体中有害蓝藻及其代谢物的产生给鱼类生存和相关渔业资源发展带来巨大影响。 

  近年来,蓝藻水华引起的微囊藻毒素污染已经得到了广泛关注,但仍缺乏对富营养化水体中有害蓝藻代谢物的组成多样性、污染程度和环境行为的系统研究。此外,前人研究较多关注于用纯毒素试验对鱼类生长发育的影响,但实际水环境中蓝藻可以产生多种代谢物,它们对鱼类产生的联合作用可能更加复杂,有害蓝藻及其代谢物对鱼类的生理生态影响有待进一步揭示。 

  在国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助下,中国科学院南京地理与湖泊研究所谷孝鸿研究员团队,首次系统调查评估了典型富营养化湖泊太湖多种蓝藻毒素和异味物质的时空变化特征、环境驱动因子及其对人类健康产生的潜在风险,并通过受控实验揭示了常见有害蓝藻及其代谢物对鱼类早期生长发育的影响及作用机制,以期为蓝藻水华风险评估和管理提供新的见解。相关成果发表在国际期刊Environmental Pollution等。 

  研究发现太湖水体中存在多种蓝藻毒素和异味物质(图1)。除了常见的微囊藻毒素以外,首次检出柱孢藻毒素和蛤蚌毒素。夏季和秋季水体中微囊藻毒素对人类健康造成不利影响的潜在风险较高,柱孢藻毒素产生的健康风险处于中等水平(图2)。异味物质以β-环柠檬醛为主,2-甲基异茨醇次之。春、夏、秋季节,β-环柠檬醛在北部湖区污染都较为严重。研究揭示了太湖有害蓝藻代谢物组成的复杂性,除微囊藻毒素以外,其他蓝藻毒素(如柱孢藻毒素)产生的健康风险也不容忽视,蓝藻水华衍生物的综合生态风险更加需要关注。相关论文链接:。 

1太湖水体中胞外和总蓝藻毒素及异味物质的时空变化特征:(A)胞外蓝藻毒素浓度;(B)总蓝藻毒素浓度;(C)胞外异味物质浓度;(D)总异味物质浓度 

2 太湖不同季节蓝藻毒素对人类产生的健康风险评估 

  针对有害蓝藻及其代谢物对鱼类生长发育的影响方面,通过构建毒性作用通路,发现不同有害蓝藻及其代谢物对鱼类早期胚胎生长发育的影响及机制存在一定差异:微囊藻(产生微囊藻毒素)暴露使斑马鱼胚胎的抗氧化酶活性下降并通过下调GH/IGF轴相关基因的表达造成生长抑制,颤藻(产生柱孢藻毒素)暴露没有对斑马鱼胚胎造成生长抑制,但明显增强了斑马鱼胚胎抗氧化酶活性和相关基因的表达。两者差异的原因不仅由于其产生的代谢物种类不同,微囊藻和颤藻细胞在胚胎绒毛膜上的黏附特征差异也可能导致不同的胚胎发育毒性(图3)。研究成果表明,仅依据已知蓝藻毒素的生态毒性并不能全面地反应蓝藻水华的危害,蓝藻水华暴发时,应综合考虑水体中蓝藻的种类组成及其可能造成的生态风险。以上研究成果发表在国际期刊Environmental Pollution,论文连接:。 

3 产毒微囊藻和颤藻对斑马鱼胚胎发育的毒性效应比较及其潜在机制