青草沙水庫藻類及其毒素污染狀況和微囊藻提取物的遺傳毒性試驗.pdf

1、水體富營養(yǎng)化的最大危害就是水華。水華中60％～70％的藻為產毒藻，并可向水體釋放微囊藻毒素(Microcystins，MCs)。青草沙水庫位于長江下游長江口，是典型的河口水庫。該水庫供水規(guī)模占上海市原水供應總規(guī)模50％以上，受益人口逾1000萬，保障青草沙水庫水質具有深遠的現(xiàn)實意義。
　　MCs毒性強，性質穩(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致人類急性中毒，甚至死亡;長期暴露于低劑量的MCs可能對

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

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

4、我們密切監(jiān)測青草沙水庫水質狀況、藻類生長及微囊藻毒素的變化。
　　1.采樣點的設置與監(jiān)測指標
　　采樣點依據(jù)《青草沙水庫常規(guī)水質監(jiān)測采樣方案》設定，共設置11個采樣垂線，為庫首1＃，中央沙2＃，墾區(qū)南側3＃、墾區(qū)北側4＃，庫中5＃、6＃、7＃，庫尾8＃、9＃，取水口10＃，庫首閘外11＃。
　　監(jiān)測指標包括:1）水質指標: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、電導率、溶

5、解性總固體;2）藻細胞種屬鑒定和藻細胞密度;3）5種MCs異構體;包括溶解性MCs和總MCs。
　　2.研究結果
　　1)青草沙水庫水溫呈明顯的季節(jié)性變化趨勢，四分位數(shù)范圍20.30～27.50℃;溶解氧多為Ⅰ類水質，四分位數(shù)范圍7.89～9.82mg/L;透明度庫首1＃、中央沙2＃、墾區(qū)南側3＃和庫首閘外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呈顯著正相關關系。
　　2)根據(jù)修正的卡爾森指數(shù)法，青草沙水庫CTSIM多在60～70之間，呈中度富營養(yǎng)化狀態(tài)。
　　3)8、9月份藻細胞密度高，四分位數(shù)范圍為4.3×106個/L～5.9×10

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

8、毒性試驗
　　多數(shù)研究者使用肝細胞進行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胞進行遺傳毒性評價。在遺傳毒性檢測領域，微核試驗廣泛應用。近來發(fā)展的胞質阻滯微核試驗，因其解決了常規(guī)培養(yǎng)微核試驗無法區(qū)分全部轉化細胞和首次分裂細胞的動力學問題，得到相當大的發(fā)展。本研究開展MCE對HEK293的遺傳毒性評價。
　　1.樣品的采集和MCE的獲取
　　2012年水華形成期間，用25＃浮游

9、生物網采集青草沙水庫取水口水華樣品，鏡檢發(fā)現(xiàn)微囊藻為優(yōu)勢藻，同時可見顫藻和魚腥藻，這三種藻均為產微囊藻毒素的藍藻。樣品提取后用HPLC進行成分分析，每克凍干藻細胞MC-RR540.3μg、MC-YR106.7μg、MC-LR311.8μg、 MC-LW12.7μg、 MC-LF10.3μg。
　　2.微囊藻提取物對人胚腎293細胞的細胞毒性
　　以含凍干藻細胞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，進行CCK-8細胞毒性試驗，結果表明，染毒劑量為凍干藻細胞613μg/ml時，平均細胞存活率為80％，小于該劑量存活率＞90％。
　　3.微囊藻提取物對人胚腎293細胞的遺傳毒性
　　采用胞質阻滯微核試驗從染色體層面評估含MC-LR等的微囊藻提取物對人胚腎細胞系HEK293的遺傳毒性。陰性對照為0.5％DMSO，陽性對照為1μmol/