微囊藻毒素對(duì)陸生植物的污染途徑及累積研究進(jìn)展

靳紅梅，常志州

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇省農(nóng)業(yè)廢棄物資源化工程技術(shù)中心，南京 210014)

微囊藻毒素(Microcystins，MCs)是水體中某些藍(lán)藻(Cyanobacteria)，特別是微囊藻(Microcystis)分泌產(chǎn)生的一類(lèi)具有生物活性的環(huán)狀七肽物質(zhì)，是一種具有強(qiáng)烈致癌作用的肝毒素［1］。近年來(lái)，富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致各水體中藍(lán)藻水華的發(fā)生頻率及嚴(yán)重程度都呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)［2］，堆積的藻類(lèi)細(xì)胞衰亡后會(huì)釋放出大量的藍(lán)藻毒素及其他有毒有害物質(zhì)［3-5］。MCs是目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的污染范圍最廣、研究最多的一類(lèi)藍(lán)藻毒素［6］，在其分子生物學(xué)［7］、環(huán)境歸趨［4，8-10］、在水生生物中的富集［11-14］等方面已取得了進(jìn)展，其多種特性已被揭示，也使得人們對(duì)其特點(diǎn)和危害有了更加深入的了解［15］。

藻細(xì)胞釋放的MCs不僅對(duì)直接接觸的水生生物造成嚴(yán)重的危害，而且會(huì)隨著水圈與土壤圈和生物圈之間的物質(zhì)交換進(jìn)入陸生植物體內(nèi)［16-17］，進(jìn)而通過(guò)食物鏈嚴(yán)重威脅到人類(lèi)健康［15，18-20］。近些年，MCs對(duì)陸生植物的毒害和累積研究受到越來(lái)越多的關(guān)注，取得了一批重要的研究成果。我國(guó)是世界上藍(lán)藻水華暴發(fā)最嚴(yán)重、分布最廣、毒素種類(lèi)最多的國(guó)家之一［21］。在已發(fā)現(xiàn)的80多種MCs異構(gòu)體中［22］，MC-LR(L為亮氨酸)和MC-RR(R為精氨酸)是淡水水體中普遍存在且危害較大的兩種MCs［4］(圖1)。因此，本文重點(diǎn)介紹這兩種類(lèi)型的MCs進(jìn)入陸生植物體的途徑、毒性作用及其在作物體內(nèi)的富集。在使用污染水源灌溉或土壤種植作物條件下，對(duì)正確評(píng)估MCs的生物安全風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。

1 MCs進(jìn)入陸生植物體內(nèi)的主要途徑

土壤是聯(lián)系水體和生物之間的重要紐帶，水體中的MCs不可避免地通過(guò)多種途徑進(jìn)入土壤，因此，MCs在土壤中的環(huán)境行為直接影響了其在陸生植物中的遷移和累積。MCs進(jìn)入土壤界面的主要途徑有:(1)使用藍(lán)藻水華污染的水源進(jìn)行灌溉［23-24］;(2)機(jī)械收集藍(lán)藻后不合理的堆放及還田等資源化處理［25］;(3)人工濕地進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)和河岸沙濾水處理工藝及粘土濾床水處理工藝等［26-27］;(4)洪澇災(zāi)害將含有藍(lán)藻水華和毒素的水帶入土壤界面［1］。其中，前兩種途徑最為常見(jiàn)，也是本文關(guān)注的重點(diǎn)。

天然水體中的MCs有3種主要的存在形態(tài)，即溶解態(tài)(游離態(tài))、細(xì)胞結(jié)合態(tài)和吸附態(tài)［1，18］。藍(lán)藻分泌的大部分MCs易溶于水［28］，但在藻類(lèi)生長(zhǎng)周期里的大部分時(shí)間，細(xì)胞結(jié)合態(tài)的MCs在水體中占絕大部分［29］。通過(guò)機(jī)械方法收集水面漂浮的水華以減輕污染日趨成為富營(yíng)養(yǎng)化湖泊整治的主要手段。將大量采集的藍(lán)藻生物量進(jìn)行資源化利用，特別是當(dāng)作有機(jī)肥料直接還田時(shí)，勢(shì)必造成細(xì)胞結(jié)合態(tài)的MCs在土壤中的釋放、遷移，甚至造成地下水污染，進(jìn)而進(jìn)入作物體內(nèi)［18］。自然水體中細(xì)胞結(jié)合態(tài)的MCs大量釋放一般出現(xiàn)在藍(lán)藻水華大量衰亡的季節(jié)，或水體中使用了殺藻劑后。已報(bào)道的自然水體中 MCs的含量一般為0—10 μg/L［4，30-31］，多數(shù)水體中溶解態(tài) MCs的含量不會(huì)超過(guò) 1 μg/L［1］。盡管如此，用富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行灌溉仍然會(huì)導(dǎo)致其中痕量的溶解態(tài)MCs遷移到作物體內(nèi)［16，23］。在地表水豐富的地區(qū)(如我國(guó)南方地區(qū))，引湖水或河水入田是常用的灌溉措施;而在干旱地區(qū)，抽取地下水或利用水庫(kù)水是灌溉水的主要來(lái)源。一旦這些水源受到藍(lán)藻水華污染，用其灌溉均可能導(dǎo)致溶解態(tài)的MCs在陸生植物體內(nèi)的累積。

圖1 微囊藻毒素通用的化學(xué)結(jié)構(gòu)式［1］Fig.1 Chemical structure of microcystins［1］

1.1 地表水灌溉

在我國(guó)，作為地表水重要來(lái)源的湖泊已有85%出現(xiàn)了不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象［32］，是藍(lán)藻水華發(fā)生最嚴(yán)重的水體。江蘇太湖、云南滇池和安徽巢湖都暴發(fā)過(guò)嚴(yán)重的藍(lán)藻水華，其他省市各水體也都有不同程度的暴發(fā)［33］。2005年在太湖五里湖和梅梁灣檢測(cè)的表層水最大胞外MCs濃度分別為2.71 μg/L和6.66 μg/L［4］;2009年—2010年太湖梅梁灣水體(表層、中層和下層的混合樣品)中MCs濃度最高為0.78 μg/L，最低為0.14 μg/L［34］;滇池海東灣 MCs的濃度在0.05—0.89 μg/L 之間，馬村灣在0.03—0.48 μg/L 之間［35］;安徽巢湖水體中 MCs濃度可達(dá) 17.29 μg/L［36］;淀山湖夏季湖水中 MCs的濃度在 0.4—1.5 μg/L 之間［37］;鄱陽(yáng)湖水體 MCs 濃度最高為 1.037 μg/L［38］。

近年來(lái)，我國(guó)各地的河流和溝塘中藍(lán)藻污染也明顯增加。例如，淮河流域MC-RR濃度最高可達(dá)17.73 μg/L［39］;贛江水樣MCs濃度為0.04—1.36 μg/L［40］。在原發(fā)性肝癌高發(fā)地區(qū)江蘇海門(mén)等地的許多河水和溝塘中也檢測(cè)出了大量的 MCs，最高為 1.558 μg/L 和 0.3 μg/L［41］。

國(guó)內(nèi)很多水庫(kù)中均有MCs被檢出的報(bào)道［42-47］。福建山仔水庫(kù)10月份藍(lán)藻水華產(chǎn)生的MC-LR濃度最高為 11.43 μg/L［43］;官?gòu)d水庫(kù)水體中 MC-LR 的平均濃度為 0.794 μg/L［44］，7 月份 MCs 的最高值為 20 μg/L［47］;密云水庫(kù)9月份MC-LR和MC-RR的濃度分別為41 ng/L和18 ng/L［45］。甚至在喀斯特高原的深水水庫(kù)中，MC-RR含量也可達(dá)2.84 μg/L［46］。因此，用富營(yíng)養(yǎng)化的地表水進(jìn)行灌溉意味著MCs進(jìn)入農(nóng)作物的可能性增大。

1.2 地下水灌溉

MC-RR和MC-LR均屬于移動(dòng)性較強(qiáng)的有機(jī)化合物［25］，湖泊和河流中的MCs可能通過(guò)淋溶進(jìn)入地下水系統(tǒng)［48］。粘性顆粒越少的土壤中，MCs越易遷移［25］。盡管土壤對(duì) MCs有一定的吸附［17］和降解［49］作用，但是Eynard等也報(bào)道了在藻類(lèi)暴發(fā)季節(jié)，土壤未能有效降解湖水中的MCs，最終導(dǎo)致地下水污染［27］。地下水系統(tǒng)長(zhǎng)期處于厭氧條件，缺乏電子受體、碳源［50］，特別是缺乏分解MCs的微生物，因此該系統(tǒng)的MCs存在的時(shí)間(約100 d)［50］遠(yuǎn)高于其在地表水中的存在時(shí)間(約28 d)［51］。Mohamed等通過(guò)對(duì)阿西爾地區(qū)的10口地下水井的水進(jìn)行取樣測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，MCs濃度為0.3—1.8 μg/L［16］，大多數(shù)超過(guò)WHO制定的飲用水中MCs的指導(dǎo)值［52］;用此濃度的水灌溉附近農(nóng)田的6種蔬菜，在它們體內(nèi)均檢測(cè)出MCs，含量為0.07—1.2 μg/g(鮮重)。因此，通過(guò)淋溶作用進(jìn)入地下水的MCs也可能通過(guò)灌溉而進(jìn)入陸生植物體內(nèi)，從而對(duì)人體健康造成威脅。

1.3 施用藍(lán)藻肥料

由于藍(lán)藻水華污染在全球范圍內(nèi)日趨嚴(yán)重，各國(guó)都加大了對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的整治力度，其中嘗試之一是通過(guò)機(jī)械方法收集水面漂浮的水華以減輕污染［1］。自2007年我國(guó)太湖藍(lán)藻嚴(yán)重暴發(fā)后，各科研單位通過(guò)一系列的藍(lán)藻治理研究及實(shí)踐工作證明，打撈藍(lán)藻作為終端控制途徑有效降低了水污染災(zāi)害，是改善水質(zhì)的一種有效手段。打撈后的藍(lán)藻作為肥料還田是其主要的資源化利用途徑，但這勢(shì)必造成細(xì)胞結(jié)合態(tài)的MCs在土壤中的釋放、遷移，進(jìn)而進(jìn)入植物體［1，18］。

藻類(lèi)生長(zhǎng)周期里的大部分時(shí)間，溶解態(tài)MCs的含量維持在較低的水平，即使在我國(guó)滇池富營(yíng)養(yǎng)化污染十分嚴(yán)重的季節(jié)，水體中溶解態(tài)的MCs含量也基本在1 μg/L以下［35，53］，但是細(xì)胞內(nèi)的毒素則會(huì)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)［31］。打撈會(huì)使藻類(lèi)快速死亡，造成細(xì)胞破裂后MCs大量釋放并表現(xiàn)出毒性［54］。盡管土壤對(duì)MCs有一定的吸附和降解能力，但并不穩(wěn)定，會(huì)隨著土壤條件(如機(jī)械組成、有機(jī)質(zhì)含量、pH值、環(huán)境溫度等)發(fā)生變化［25］。MC-LR和MC-RR屬于移動(dòng)性較強(qiáng)的有機(jī)化合物［25］，直接施用藍(lán)藻作為土壤肥料是不安全的，很可能引起地下水污染。此外，MCs在完全降解前仍要在土壤中滯留一段時(shí)間，這也將對(duì)暴露在該環(huán)境下的土壤微生物和植物生長(zhǎng)產(chǎn)生威脅。

為高效、安全地實(shí)現(xiàn)打撈藍(lán)藻的資源化利用，避免二次污染，江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院根據(jù)其特點(diǎn)，已設(shè)計(jì)出較為完善的藍(lán)藻好氧堆肥化處理工藝。藍(lán)藻腐熟后MCs的降解率可達(dá)90%以上，即MC-LR和MC-RR的殘留量分別在30 μg/kg(干重)和15 μg/kg(干重)以下(本研究室研究結(jié)果，待發(fā)表)。雖然好氧堆肥對(duì)MCs的生物降解十分有效［55］，但是農(nóng)田施用量較大，藍(lán)藻肥料中殘留的MCs很可能會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)和人類(lèi)健康產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)［56］，而國(guó)內(nèi)外對(duì)藍(lán)藻肥料施用的生物安全及MCs作用閾值等問(wèn)題的研究尚處于起步階段。

2 微囊藻毒素對(duì)陸生植物生長(zhǎng)的影響

自Kós等首次報(bào)道了藍(lán)藻粗提物對(duì)陸生植物白芥(Sinapis alba)幼苗生長(zhǎng)有抑制作用以來(lái)［57］，越來(lái)越多的研究表明(表1)，即使是微量的MCs也會(huì)對(duì)陸生植物的種子萌發(fā)［58-59］、個(gè)體生長(zhǎng)［60-62］、形態(tài)、生理生化性質(zhì)等［58，62-63］產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在幼苗發(fā)生變形、重量減輕、側(cè)根減少、葉片的光合作用率降低等方面［58，62-63］，甚至?xí)种浦参锔蹬c微生物共生體的形成［58］。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MCs能強(qiáng)烈抑制植物中蛋白磷酸酶1和2A(PP1，PP2A)的活性［61，64］，影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、遷移及根韌皮部的功能，由此影響莖葉的生長(zhǎng)［60-62］，干擾茉莉酸信號(hào)轉(zhuǎn)換［65］，影響一些特殊酶的活性，如脫氧核糖核酸酶(DNase)［66］、尿黑酸葉綠醇轉(zhuǎn)移酶(HPT)［67］等。受MCs脅迫的植物會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)［68］，如增加超氧化物歧化酶(SOD)［69-72］、過(guò)氧化物氧化酶(POD)、［71-72］、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)、過(guò)氧化氫酶(CAT)［69-70］、谷胱甘肽 S 轉(zhuǎn)移酶(GST)［72-73］、谷胱甘肽過(guò)氧化酶(GSH-Px)［72-73］等酶活性，及增加生育酚的含量［67］。

3 微囊藻毒素在陸生植物中的累積

早期MCs對(duì)陸生植物的影響研究主要側(cè)重于用植物來(lái)進(jìn)行毒性評(píng)價(jià)［18］，大多數(shù)試驗(yàn)中MCs的暴露濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境水平;而定量地報(bào)道植物組織中MCs累積量的研究開(kāi)展得較晚，數(shù)量也不多［17］?，F(xiàn)有研究主要針對(duì)的陸生植物為蔬菜，對(duì)糧食作物和牧草也進(jìn)行了少量研究。前期的研究認(rèn)為，MCs對(duì)成熟植株的影響較幼苗要?。?7］，因而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)MCs在陸生植物體內(nèi)累積效應(yīng)的研究多見(jiàn)于幼苗。

3.1 微囊藻毒素在陸生植物幼苗中的累積量

國(guó)外對(duì)MCs在幼苗體內(nèi)累積的定量研究開(kāi)展得較早，且大部分是在室內(nèi)進(jìn)行的短期試驗(yàn)(表2)。多數(shù)的研究表明，植物幼苗體內(nèi)MCs的含量與其在MCs環(huán)境中的暴露時(shí)間和暴露濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系［68，77］，但不同植物對(duì)各類(lèi)毒素(MC-LR和MC-RR)的響應(yīng)濃度不同。例如，十字花科植物所分泌的異硫氰酸(脂)，可減輕MCs對(duì)植物產(chǎn)生的毒害［58］。

表1 微囊藻毒素類(lèi)型和濃度對(duì)陸生植物的作用Table 1 Effect of type and concentration of microcystins on terrestrial plants

Kurki-Helasmo和Meriluoto［60］通過(guò)固體培養(yǎng)基對(duì)白芥(Sinapis alba)幼苗進(jìn)行了7 d暴露試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn):MC-RR濃度為0.5—1 μg/mL的條件下，幼苗株高低于對(duì)照，但是株型沒(méi)有多少變化;在大于5 μg/mL時(shí)，幼苗出現(xiàn)畸形莖。MC-RR和MC-LR對(duì)白芥生長(zhǎng)的半數(shù)抑制量(IC50)分別為0.8 μg/mL和2 μg/mL。J?rvenp??等［17］用含有MCs的水灌溉西蘭花(Brassica oleracea var.italica)和白芥(Sinapis alba)后發(fā)現(xiàn)，灌溉水中MCs的濃度為1 μg/L 和10 μg/L 時(shí)，灌溉19—20 d 后(最終 MCs總量為2.6 μg、26 μg 和2.3 μg、23 μg)僅在幼苗根部檢測(cè)到了 MCs，分別為0.9—2.4 μg/kg(鮮重)和2.5—2.6 μg/kg(鮮重)。Peuthert等［78］通過(guò)對(duì)11 種大田作物幼苗的暴露試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在MC-LR濃度為5 μg/L的條件下放置24 h，對(duì)MCs吸收量最大的作物為苜蓿(Medicago sativa)，其根中MCs含量約為88 μg/kg(鮮重)，莖中約為44 μg/kg(鮮重);吸收量最小的作物為紅豆(Vigna radiate(L.)R.Wilcz.)，根中約為 8 μg/kg(鮮重)，莖中約為 4 μg/kg(鮮重)。Saqrane 等［56］通過(guò)溫室砂培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，禾本科作物小麥(Triticum durum)在MC-LR濃度為0.5—1.05 mg/L的條件下暴露30 d后，除根中檢測(cè)到MC-LR外，莖和葉中均未檢測(cè)到MC-LR含量，而玉米(Zea mays)幼苗的根、莖、葉中均可檢測(cè)到MC-LR;豆類(lèi)對(duì)MC-LR的吸收量較這兩種禾本科作物大，豌豆(Pisum sativum)和兵豆(Lens esculenta)在MC-LR濃度為4.2 mg/L時(shí)，對(duì)MC-LR的吸收量是前兩種禾本科作物的2—16.9倍。

近幾年，國(guó)內(nèi)關(guān)于MCs在植物幼苗體內(nèi)的累積研究也逐漸增多。雖然不同植物對(duì)MCs的耐受濃度不同，但其幼苗體內(nèi)MCs的累積規(guī)律基本與國(guó)外研究一致。Chen等［68］發(fā)現(xiàn)，水稻(Oryza sativa)幼苗對(duì)MC-LR的耐受濃度為0.12 mg/L，而油菜(Brassica napus)幼苗在此濃度下已經(jīng)開(kāi)始萎蔫。將二者暴露在滇池藍(lán)藻粗提物(MC-LR濃度為3 mg/L)10 d后發(fā)現(xiàn)，其幼苗中MC-LR的最大含量分別為651 μg/kg和5.4 μg/kg。通過(guò)對(duì)蘋(píng)果苗的組織培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在MC-LR濃度超過(guò)0.3 mg/L時(shí)，蘋(píng)果苗的生物量顯著降低［77］。江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院對(duì)作物幼苗中MCs的積累量方面進(jìn)行了一系列的研究。通過(guò)對(duì)牧草的研究發(fā)現(xiàn)，白三葉(Trioflium repens)幼苗［79］對(duì)MC-RR的耐受濃度為0.05 mg/L，而黑麥草(Lolium perenn)［80］幼苗對(duì)MC-LR的耐受濃度為4 mg/L。通過(guò)對(duì)蔬菜的研究發(fā)現(xiàn)，油菜(Brassica napus)幼苗對(duì)MC-RR的耐受濃度為5 mg/L［70］，青菜(Brassica chinensis)幼苗對(duì)MC-LR的耐受濃度為0.8 mg/L［69］;而小白菜(Brassica rapa)和番茄(Solanum lycopersicum)對(duì)MC-LR的耐受濃度為0.5 mg/L，超過(guò)此濃度二者的種子發(fā)芽率顯著降低，幼苗的苗高和根長(zhǎng)均受到顯著抑制［81］。

3.2 微囊藻毒素在陸生作物成株中的累積量

除了實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)植物幼苗進(jìn)行暴露試驗(yàn)，自然條件下MCs在作物中的累積作用及其安全正受到越來(lái)越多的關(guān)注［76］。但該領(lǐng)域的研究開(kāi)展得較晚，國(guó)外主要集中在使用含有藻類(lèi)或痕量溶解態(tài)MCs的富營(yíng)養(yǎng)化水源灌溉作物這方面，而國(guó)內(nèi)目前僅見(jiàn)于耿志明等關(guān)于MCs在番茄(Solanum lycopersicum)中的積累研究［81］(表2)。

1999年，Codd等首次報(bào)道了用含有Microcystis aeruginosa(MC-LR含量為3.23 mg/kg(干重))的水灌溉生菜(Lactuca sativa)，收獲后測(cè)定葉片基部MC-LR含量為0.094 mg/kg(干重)，葉片末梢為0.883 mg/kg(干重)，葉片中部為2.487 mg/kg(干重)［24］。但此后，鮮有MCs在陸生植物成株中累積的相關(guān)報(bào)道。直到2008年，Crush等用富營(yíng)養(yǎng)化湖水(MCs總濃度約為1.6 mg/L)灌溉油菜(Brassica napa cv Winfred)、黑麥草(Lolium perenne cv Grasslands Samson)和白三葉(Trifolium repens cv Grasslands KopuⅡ)等作物后發(fā)現(xiàn)，其地上部MCs的累積量達(dá)到0.20—0.79 mg/kg(干重)，根部達(dá)到0.12—1.45 mg/kg(干重)。隨后，Mohamed等［16］報(bào)道了用MCs濃度(為0.3—1.8 μg/L)更低的井水灌溉6種蔬菜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蔬菜體內(nèi)MCs含量與灌溉水中MCs的含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。盡管使用此類(lèi)井水灌溉不會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯影響，但是收獲后作物體可食用部分的MCs含量達(dá)0.05—1.2 μg/g(鮮重)［16］。如果按每人每天食用量為0.5 kg(鮮重)計(jì)算，則每人一天可攝入的MCs為25—600 μg，遠(yuǎn)高于 WHO［52］及我國(guó)［82］推薦飲水中 MCs的上限標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)人類(lèi)健康安全帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

除了用污染的水源灌溉農(nóng)田外，機(jī)械收集后的藍(lán)藻當(dāng)作有機(jī)肥料還田是造成胞內(nèi)結(jié)合態(tài)的MCs在作物中累積的一個(gè)重要途徑，但藍(lán)藻肥料是否會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生真正的威脅尚無(wú)確切的答案。圍繞這一問(wèn)題，本研究室開(kāi)展了一系列的蔬菜砂培和土培試驗(yàn)，以研究藍(lán)藻肥料的生物安全及MCs的作用閾值等問(wèn)題。初步的研究表明，進(jìn)入土壤的MCs含量可能因?yàn)樯锝到?、吸附和地表光解等因素而大幅降低。用初始藍(lán)藻添加量為0.375 kg/kg(416 μg MCs/kg)的土壤種植青菜(Brassica chinensis)，種子無(wú)法正常出苗;而放置30 d后，土壤中的MCs降低為39 μg/kg，青菜正常生長(zhǎng)，且收獲后其食用部分均未檢出MCs含量(LC/MS儀器的檢測(cè)下限為10 ng/kg)。如果施用25000 kg/hm2充分腐熟的藍(lán)藻肥料(MC-LR和MC-RR的殘留量分別為30 μg/kg(干重)和15 μg/kg(干重))，進(jìn)入土壤的MC-LR和MC-RR的最大量分別為0.75 g/hm2和0.38 g/hm2，遠(yuǎn)低于湖水灌溉帶入農(nóng)田的MCs的量，青菜體內(nèi)MCs的含量小于10 ng/kg(本研究室研究結(jié)果，待發(fā)表)。但施用藍(lán)藻肥料是否會(huì)導(dǎo)致其它作物的可食用部分MCs含量超標(biāo)，仍需要長(zhǎng)期、深入和系統(tǒng)的研究。

3.3 微囊藻毒素的生物富集系數(shù)

生物富集系數(shù)(BCF)是指示化學(xué)物質(zhì)在生物體內(nèi)累積趨勢(shì)的重要指標(biāo)。已有文獻(xiàn)報(bào)道中，MC-LR和MC-RR在植物地上部分的累積系數(shù)分別在0.021—1.63和0.40—9.87之間;MC-LR在植物地下部分的累積系數(shù)在0.82—8.8之間(表2)?？偲饋?lái)看，植物地下部分對(duì)MCs的吸收和累積量更大。MCs除了在黑麥草中的累積系數(shù)隨著暴露量的增加而增加［80］，其他研究均表明，陸生植物體內(nèi)的BCF隨著暴露量的增加而減小。這說(shuō)明MCs的富集系數(shù)與單位鮮重的含量不成正相關(guān)，并不隨著處理濃度的增加而增加。此外，MC-LR的生物富集系數(shù)顯著高于MC-RR，原因仍需要進(jìn)一步分析。

MCs對(duì)農(nóng)作物的毒性效應(yīng)較為復(fù)雜，不同結(jié)構(gòu)的MCs表現(xiàn)出毒性差異，不同的植物類(lèi)型和生長(zhǎng)階段對(duì)MCs的敏感度也不同。此外，不同的培養(yǎng)條件、測(cè)定方法［17］等外部因素，對(duì)植物體內(nèi)MCs的檢測(cè)量也有影響，可能導(dǎo)致其生物富集系數(shù)有誤差。

4 展望

如何控制并有效治理藍(lán)藻水華污染已成為世界各國(guó)共同面臨的一個(gè)環(huán)境科學(xué)難題。日趨嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化污染已經(jīng)導(dǎo)致我國(guó)成為藍(lán)藻水華頻發(fā)的地區(qū)，所產(chǎn)生的MCs嚴(yán)重威脅水生生態(tài)系統(tǒng)及人類(lèi)健康。前期人們對(duì)MCs的研究更多地集中在毒素的產(chǎn)生、理化性質(zhì)的分析檢測(cè)、對(duì)哺乳動(dòng)物的致毒機(jī)理、積累與遷移，以及對(duì)人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)的研究。隨著藍(lán)藻污染水體的范圍逐漸增大，MCs通過(guò)物質(zhì)交換、灌溉等方式進(jìn)入土壤，在陸生植物，特別是在作物中的累積日益引起人們的關(guān)注。因此，加強(qiáng)MCs對(duì)人類(lèi)健康影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，量化MCs的生物安全閾值，在MCs污染水域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等方面的研究亟待突破性進(jìn)展。

通過(guò)前期的研究工作，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到土壤在MCs由水體向人體的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著十分重要的作用，具有凈化功能和傳遞功能。土壤可通過(guò)吸附作用和微生物降解進(jìn)行MCs的凈化，同時(shí)MCs可通過(guò)灌溉水或施用藍(lán)藻肥料經(jīng)土壤向作物傳遞，并在作物中累積。但尚有一些問(wèn)題亟需解決，如對(duì)于MCs在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制及對(duì)土壤的生態(tài)效應(yīng)認(rèn)識(shí)尚淺，對(duì)于其降解能力的驅(qū)動(dòng)因子研究不夠深入;自然條件下，低濃度(不超過(guò)1 μg/L)MCs對(duì)農(nóng)作物的影響未有深入研究;缺乏MCs污染水域周邊土壤和作物中MCs含量的調(diào)查數(shù)據(jù)，無(wú)法估計(jì)MCs對(duì)人類(lèi)健康影響的風(fēng)險(xiǎn)值;缺乏對(duì)藍(lán)藻肥料中MCs含量的限制及其生物效應(yīng)的研究;MCs污染程度與作物受害程度以及作物中累積量的劑量效應(yīng)關(guān)系還不明確，等等。

針對(duì)目前研究的現(xiàn)狀，作者認(rèn)為在今后還需要重點(diǎn)進(jìn)行以下幾方面的研究:

(1)加強(qiáng)土壤在MCs遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中的功能及作用機(jī)制研究。研究不同土壤類(lèi)型、土壤性質(zhì)對(duì)MCs的吸附-解吸特征，MCs在土壤中的生物降解作用和土表光解作用及其速率、機(jī)理、影響因素，以及土壤中MCs的生物效應(yīng)(如MCs對(duì)土壤酶活性、微生物、動(dòng)物和根系生長(zhǎng)的影響)，為MCs污染水體的土地處理提供理論、方法、工程設(shè)計(jì)和管理依據(jù);

(2)闡明MCs的劑量-效應(yīng)關(guān)系及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，建立基于生物安全風(fēng)險(xiǎn)的農(nóng)業(yè)灌溉用水或藍(lán)藻肥料中MCs的限值。調(diào)查研究MCs污染水域周邊土壤-作物系統(tǒng)中MCs的含量、分布、傳遞及積累規(guī)律，為有效控制MCs在土壤-農(nóng)作物系統(tǒng)中的遷移、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)奠定基礎(chǔ);

(3)制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)藍(lán)藻肥料制作的技術(shù)和方法進(jìn)行規(guī)范，對(duì)其生物安全性進(jìn)行評(píng)估。

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