藻毒素的脱除技术研究.doc

藻毒素的脱除技术研究 一、前言 随着我国工农业的快速发展，大量含氮含磷的工业废水、生活污水以及农业面源污水排入江河湖海，导致环境水体富营养化严重。根据中国环保部公布的2014年《中国环境状况公告》中可以看出：开展营养状态监测的湖泊（水库）中轻度富营养的有13个，中度富营养的有2个，其中滇池和达赉湖富营养化最严重。水体富营养化的日益加剧导致藻类大量繁殖，形成日趋严重的水华污染，微囊藻水华是淡水水体污染中危害最严重的一类。当水华严重时，水面形成厚厚的蓝绿色湖靛，散发出难闻的气味，破坏了健康平衡的水生生态系统[1]。 藻毒素的分类和来源 水体中的藻毒素可分为两部分，一部分溶解在水体中，称为溶解性藻毒素; 另一部分在藻细胞内合成，称为细胞内毒素。随着藻细胞的生长繁殖，当藻细胞破裂或老化死亡时， 胞内毒素从藻细胞内释放出来并表现出毒性。一般情况下，藻细胞内的藻毒素浓度要高于水中溶解性藻毒素浓度。蓝藻毒素，按照毒性功能可以分为肝脏毒素、神经毒素和其它毒素[2]。微囊藻毒素和节球藻毒素都属于肝脏毒素。微囊藻毒素是由有毒蓝藻产生的代谢物，是蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的一类藻毒素[3]。 三、藻毒素的结构和危害 水体中的藻毒素可分为两部分，一部分溶解在水体中，称为溶解性藻毒素; 另一部分在藻细胞内合成，称为细胞内毒素。随着藻细胞的生长繁殖，当藻细胞破裂或老化死亡时， 胞内毒素从藻细胞内释放出来并表现出毒性。一般情况下，藻细胞内的藻毒素浓度要高于水中溶解性藻毒素浓度。蓝藻毒素，按照毒性功能可以分为肝脏毒素、神经毒素和其它毒素[2]。微囊藻毒素和节球藻毒素都属于肝脏毒素。微囊藻毒素是由有毒蓝藻产生的代谢物，是蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的一类藻毒素[3]。 3.1藻毒素的结构 藻毒素在1959年被Bioshop发现。藻毒素主要是由微囊藻属、颤藻属、鱼腥藻属、念珠藻属产生。Rinehart于1988年确定分子结构[4]。微囊藻毒素的相对分子质量在1000 左右。是一种环状七肽物质，分子结构式如下： 微囊藻毒素有较强的耐热性并且可耐极端的pH，自然降解速度也十分的缓慢。藻毒素的异构体大约有60多种，其中分布广泛且具有代表性的为微囊藻毒素（MC）。目前在已发现藻毒素种类中毒性较大、研究较多的MC-LR，MC-RR，MCYR，MC-LR，其分布广泛，且毒性最强。 3.2藻毒素的危害 微囊藻毒素的致毒机理主要是对细胞造成破坏、诱导基因突变、致癌等。（1）藻毒素对肝脏的危害：肝脏是微囊藻毒素毒性作用器官中研究得较早的器官。微囊藻毒素的急性毒性作用可以破坏肝脏细胞结构,在形态上表现为肝细胞分离,变圆,最终产生凋亡、坏死等现象。 而其毒性作用在器官水平上表现为引起肝脏小叶中心坏死, 肝血窦程序性破坏以及显著的肝内出血现象。微囊藻毒素通过引起致命的肝脏出血和低血容量性休克而导致肝脏损伤, 最终导致死亡[5]。（2）藻毒素对肾脏的危害：有研究发现微囊藻毒素的慢性肾脏毒性与其急性肝脏毒性的机理类似, 微囊藻毒素可以造成肾脏细胞的细胞骨架改变, 并且引起DNA损伤[5]。 藻毒素的检测方法和含量标准 藻毒素对人和水生动物具有很高的毒性及潜在危害，藻毒素的分析检测技术是藻毒素脱除技术研究的基础。因此，藻毒素分析检测的研究对于维护环境安全和人类健康具有重要的意义。目前常用的检测方法主要有生物毒理检测法、化学分析法和生化分析法 [6]。 4.1检测方法 4.1.1生物毒理检测法 生物毒理检测法是通过动物口服或注射来间接评价藻毒素的毒性。用纯化的微囊藻毒素或水华蓝藻中提取的藻毒素进行测试，根据动物的生理病变及半致死剂量可初步确定藻毒素的毒性[7]。 生物毒理检测法操作简单，但专一性和灵敏度较差，且无法确定藻毒素类型及结构。 4.1.2化学分析法 化学分析方法主要包括高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、薄层层析色谱（TLC）、毛细电泳（CE）以及液相色谱/质谱（LC/MS）联用等现代分析手段，利用藻毒素的物化性质结合灵敏的光电技术对其进行定性、定量分析。 高效液相色谱法( HPLC) 以其准确、灵敏、重现性好而且可以同时分析多种藻毒素异构体等优点而被WHO、美国、英国等推荐为微囊藻毒素的标准检测方法。我国在GB/T20466—2006《水中微囊藻毒素的测定》中将HPLC法列为藻毒素的标准检测方法之一[8]。微囊藻毒素在238nm波长下有特征吸收峰。取微囊藻毒素标准品绘制标准曲线。不同的藻毒素异构体有不同的保留时间，将其与微囊藻毒素标样的保留时间对比，便可得出测试样品中微囊藻毒素的组成。试验采用外标法依据出峰面积，计算水样中微囊藻毒素的浓度。高效液相色谱法对不同毒素可进行精确的定性和定量,但费用高，预处理时间长,