微囊藻毒素在水食物網(wǎng)中生物轉(zhuǎn)歸趨勢(shì)的Meta分析

索朗巴珍

摘 要 藍(lán)藻水華在世界范圍內(nèi)頻頻發(fā)生，大多數(shù)藍(lán)藻會(huì)產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物——微囊藻毒素（MCs），一種肝毒素和腫瘤促進(jìn)劑。雖然MCs在不同生態(tài)系統(tǒng)的眾多水生消費(fèi)者中已有定量測(cè)定，但是否在水生食物網(wǎng)中普遍發(fā)生MCs生物放大或生物稀釋的作用仍然存在爭(zhēng)議。鑒于MCs對(duì)水生食物網(wǎng)、牲畜和人類健康的威脅，以及為了確定其中占主導(dǎo)地位的生物轉(zhuǎn)歸過程，本研究應(yīng)用Meta分析方法，通過綜合44個(gè)關(guān)于MCs在消費(fèi)者體內(nèi)濃度的獨(dú)立研究課題，計(jì)算了各個(gè)消費(fèi)者的生物放大系數(shù)（BMF），即消費(fèi)者體內(nèi)MCs濃度和飲食中的濃度之比?？傮w上，在水食物網(wǎng)中MCs是以生物稀釋作用為主，但不同消費(fèi)者對(duì)MCs的生物稀釋程度各不相同。

關(guān)鍵詞 微囊藻毒素；水食物網(wǎng)；生物放大；生物稀釋；Meta分析

中圖分類號(hào) Q17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）14-0005-03

1 材料和方法

在水生食物網(wǎng)中，為了確定生物放大和生物稀釋哪個(gè)占主導(dǎo)地位，我們綜合了現(xiàn)有文獻(xiàn)中MCs在水生消費(fèi)者中濃度的數(shù)據(jù)。通過前期的資料收集和篩選，最終在99個(gè)研究中可用于本次Meta分析的共有44個(gè)研究。我們通過計(jì)算放大系數(shù)BMF（即MC在消費(fèi)者體內(nèi)的濃度和它在消費(fèi)者飲食中的濃度之間的比例）來比較所收集的全部研究結(jié)果。只有同時(shí)提供MCs在消費(fèi)者體內(nèi)和在消費(fèi)者飲食中濃度時(shí)，我們才可以利用這些數(shù)據(jù)直接算出BMF，并用來分析。但是，收集的文獻(xiàn)中，有些使用溶解的毒素或藍(lán)藻水提取物來研究，其結(jié)果不包含在我們的分析中。對(duì)于MCs蓄積和解毒過程的實(shí)驗(yàn)研究，只有蓄積的相關(guān)數(shù)據(jù)才用來分析。而一些研究是用多種分析方法測(cè)量同一個(gè)組織中的毒物濃度。在這些情況下，我們是用BMF的平均值來分析。

通過參考相關(guān)文獻(xiàn)，我們分別計(jì)算了以下幾種水生生物的BMF：浮游動(dòng)物、雙殼類、腹足類、植食物性浮游生物、食浮游生物者、雜食性魚類、食肉性魚類、海龜和鳥類。我們也用各個(gè)研究中所提供的額外信息，將數(shù)據(jù)分為以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類。

研究類型：野外、實(shí)驗(yàn)室。

食用的浮游植物類型：混懸物、浮游植物凈樣品、實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的樣品。

組織類型：肝臟組織（含肝胰腺）、非肝臟組織、整個(gè)生物有機(jī)體。

其中，混懸物是指在湖水中用玻璃纖維過濾器過濾得到的未濃縮樣品。在一些情況下，MCs的混懸物用獲得的生物量來表示。在藍(lán)藻占主導(dǎo)地位的這些系統(tǒng)中，我們希望整個(gè)懸浮物中無機(jī)物的干擾較低。否則，高的無機(jī)微粒的量會(huì)導(dǎo)致MC微粒量的估算值偏低，從而導(dǎo)致BMF值偏高。凈浮游植物樣品是通過浮游生物網(wǎng)收集且經(jīng)濃縮的樣品，也可以是從累積的藍(lán)藻浮渣中提取的樣品。

估算每組的BMF（95%的置信區(qū)間）來確定是否發(fā)生生物放大或生物稀釋。當(dāng)BMF均數(shù)（95%的置信區(qū)間）>1時(shí)，是生物放大；當(dāng)BMF均數(shù)（95%的置信區(qū)間）<1時(shí)，是生物稀釋。

本文用來分析的44個(gè)研究中總共包含795個(gè)研究結(jié)果?？傮w上數(shù)據(jù)集包含所有現(xiàn)有數(shù)據(jù)，其中，很少有研究提供MCs在消費(fèi)者體內(nèi)和飲食中濃度的誤差估計(jì)。因此，我們不能進(jìn)行加權(quán)Meta分析。

2 研究結(jié)果

表1和圖1顯示的結(jié)果是本研究對(duì)795項(xiàng)獨(dú)立研究結(jié)果的匯總，歸納了水食物網(wǎng)中的浮游動(dòng)物、十足目動(dòng)物、軟體動(dòng)物、魚類、龜類和鳥類對(duì)MCs的BMF。從總體上看，在水食物網(wǎng)中，MCs的生物稀釋作用是普遍的和一致的（BMF在95%的置信區(qū)間）。

通過考察MCs的生物稀釋作用在不同消費(fèi)者的類屬特異性效應(yīng)時(shí)，除了浮游動(dòng)物，其他所有的消費(fèi)者顯示出明顯的生物稀釋作用。而且，不同水生消費(fèi)者群體之間對(duì)MCs的生物稀釋作用具有顯著差異（p<0.0001）。另外，鳥類對(duì)MCs的生物稀釋作用最為明顯，而浮游動(dòng)物顯示對(duì)MCs潛在的生物放大作用。

圖2顯示的結(jié)果是幾種主要的水生消費(fèi)者的BMF，如浮游生物、軟體動(dòng)物和魚類。浮游生物整體上顯示生物放大作用，其中，水母的生物放大效應(yīng)更顯著。軟體動(dòng)物則是明顯的生物稀釋效應(yīng)，但是，有一個(gè)研究提供的數(shù)據(jù)顯示河蚌有潛在的生物放大作用。

圖2顯示，除草食性魚類對(duì)MCs具有一定的生物放大效應(yīng)以外，其他3種（浮游魚類、雜食魚類和肉食魚類）都是生物稀釋作用，不同亞類之間對(duì)MCs的生物稀釋作用程度具有顯著差異。另外，雜食性魚類體內(nèi)幾乎不會(huì)蓄積MCs。

表2和圖3顯示的結(jié)果是利用文獻(xiàn)中給出的額外信息，將所有數(shù)據(jù)從3個(gè)方面進(jìn)行分類，即研究類別、檢測(cè)類別和組織類別，以比較不同類別之間MCs的BMF。

圖3顯示了野外研究MCs數(shù)據(jù)的BMF值較高（p<0.000 1），而野外和實(shí)驗(yàn)室研究得到的BMF均值卻比較接近。在檢測(cè)物類別和組織類別中，除了測(cè)量混懸物和整個(gè)有機(jī)體的兩組之外，其他類別的MCs生物稀釋作用均較明顯。然而，所有類別的平均BMF<1。由此可見，研究設(shè)計(jì)的相關(guān)因子也會(huì)影響生物稀釋的程度。一般來說，相比于混懸物，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的藍(lán)藻和用浮游生物網(wǎng)提取的凈浮游植物樣品，這兩種組成的飲食類型的生物稀釋作用更明顯。同時(shí)，整個(gè)生物體的BMF大于特定的組織，而且MCs在肝臟中的濃度比非肝組織更高，這可以解釋MCs的肝毒性。

3 研究結(jié)果的討論

3.1 水生消費(fèi)者對(duì)MCs總體上是生物稀釋作用

本次研究進(jìn)一步證明了MCs的生物稀釋作用是在水生食物網(wǎng)中占主導(dǎo)地位的過程，并通過定性評(píng)估，證實(shí)了藍(lán)藻毒素會(huì)在幾組水生消費(fèi)者體內(nèi)蓄積。研究表明不同的消費(fèi)者的生物稀釋程度不同，浮游生物和食草性魚類顯示出一些潛在的生物放大作用。另外，研究設(shè)計(jì)和取樣技術(shù)等相關(guān)因素也可能會(huì)影響生物體對(duì)MCs的生物稀釋程度。

盡管跟本次研究相關(guān)的研究或現(xiàn)有文獻(xiàn)很多（n=99個(gè)研究），但是我們的研究只分析了其中的44項(xiàng)研究，因?yàn)橹挥兴麄兲峁┝硕舅卦诿恳粋€(gè)生物質(zhì)基礎(chǔ)的濃度，而這濃度數(shù)據(jù)能給我們提供消費(fèi)者和其飲食的比較依據(jù)。然而，由于不同水生生物群的含水量不同，建議研究中毒素濃度用每單位的干質(zhì)量。因此，將毒素濃度以每個(gè)干質(zhì)量為單位進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這樣不僅便于用不同藍(lán)藻生物量進(jìn)行的研究之間的直接比較，也便于不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)水平之間的直接比較。

我們的研究結(jié)果是基于BMF的評(píng)估，但在水生消費(fèi)者攝入有毒的食物后，消費(fèi)者體內(nèi)MCs存留量的研究記錄中，也可以發(fā)現(xiàn)有生物稀釋作用。例如，蝸牛和椎實(shí)螺屬體內(nèi)MC-LR的蓄積量是攝入量的61%，但也有比這更低MCs蓄積量的數(shù)據(jù)報(bào)道。例如，腹足類動(dòng)物在經(jīng)過5周的絲藻屬暴露后，只有1.3%的MCs積累量；斑馬貽貝在2周的有毒微胞藻屬接觸之后，其體內(nèi)只有0.55%的MC-LR蓄積量。

盡管生物稀釋是生物體內(nèi)的一般模式，但一些水生消費(fèi)者對(duì)MCs的BMF>1。食浮游動(dòng)物的魚類在所有魚類中BMF最高，在所有浮游動(dòng)物中，食肉性軟體動(dòng)物MCs的蓄積量要比其他主要浮游動(dòng)物消費(fèi)者更高。然而，只有一個(gè)現(xiàn)有文獻(xiàn)中有水母的相關(guān)處測(cè)量數(shù)據(jù)和浮游動(dòng)物各個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的差異略顯著。然而，研究結(jié)果表明，MCs生物放大過程可能在浮游動(dòng)物中發(fā)生，這可能也與食浮游生物的魚類的BMF值更高有關(guān)系。MCs在借助載體（如浮游動(dòng)物）的情況下，能夠更好地被腸胃吸收，而不是直接以藍(lán)藻毒素的形式被吸收，并且在魚體消化過程中釋放的游離和結(jié)合態(tài)MCs，這都可以反應(yīng)出MCs在其體內(nèi)的利用率。MCs與蛋白磷酸酶共價(jià)結(jié)合形成的這些復(fù)合物可能在總MCs中占超過99%的比例。然而，我們?nèi)圆磺宄﨧C-蛋白磷酸酯酶復(fù)合物是否會(huì)被消化酶所分解，但是在體外測(cè)定時(shí)，消化產(chǎn)生的MCs多肽仍保留了母體MC-LR一半的毒性，并且在食物網(wǎng)中仍可能具有潛在的轉(zhuǎn)移性。

3.2 消費(fèi)者對(duì)MCs顯示出一致的生物稀釋趨勢(shì)的可能原因

消費(fèi)者自身的解毒作用，水生消費(fèi)者對(duì)MCs的解毒作用，又解釋了水生食物網(wǎng)中的生物體對(duì)MCs的生物稀釋作用。排毒是一個(gè)由激活和接合兩個(gè)階段組成的生理機(jī)制，通過這個(gè)機(jī)制生物體實(shí)現(xiàn)了對(duì)有毒或外來化合物的生物轉(zhuǎn)化。而這種生物轉(zhuǎn)化通常會(huì)使母體化合物的毒性降低，然后將化合物從機(jī)體排出。例如通過谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）催化形成的MC-LR-谷胱甘肽（GSH）共軛物可以在一些水生生物體內(nèi)檢測(cè)到，而這一過程似乎是藍(lán)藻毒素在機(jī)體內(nèi)解毒過程的第一步。此外，在給食浮游植物的魚類和羅非魚腹腔注射MC-LR之后，在它們體內(nèi)發(fā)現(xiàn)可溶性GST的mRNA的有效表達(dá)。然而，各個(gè)消費(fèi)者的解毒效率都不同，因?yàn)樵诒┞队谒{(lán)藻之后，機(jī)體產(chǎn)生感應(yīng)再到體內(nèi)GST活性的受到抑制的反應(yīng)都不同。因此，由于不同消費(fèi)者自身的生理?xiàng)l件和解毒能力都會(huì)影響其對(duì)MCs的生物稀釋程度。這也恰恰解釋了我們的分析結(jié)果中不同種類的水生消費(fèi)者對(duì)MCs的BMF存在顯著差異。

MCs的低疏水性，自然環(huán)境中的MCs有很多異構(gòu)體，目前已發(fā)現(xiàn)的MCs異構(gòu)體有80多種，而且在MCs的所有異構(gòu)體中，MC-LR是研究最多且存在范圍最廣的異構(gòu)體。而MC-LR的疏水性低，使其分子相比于其他異構(gòu)體更易于排泄，這可以解釋MCs在水生食物網(wǎng)中的生物稀釋現(xiàn)象。由于不同異構(gòu)體之間的疏水性不同，生物體對(duì)它們的解毒效率也不同。此外，事實(shí)上不同的異構(gòu)體在不同消費(fèi)者體內(nèi)以及它們的食物中的比例也可能不同，這些因素會(huì)導(dǎo)致不同物種和不同系統(tǒng)對(duì)MCs的毒物動(dòng)力學(xué)和生物蓄積模式存在差異。例如，MC-RR可能會(huì)在雙殼類和魚類體內(nèi)有選擇地積累，而在暴露于藍(lán)藻的雜食性魚類體內(nèi)可能不會(huì)檢測(cè)到MC-LR。

其他因素，一般情況下，食草性動(dòng)物在食物來源較廣時(shí)，它們會(huì)避免或少量攝取，實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的或強(qiáng)毒性或體積太大而難于攝取的藻類，這可能會(huì)導(dǎo)致它們對(duì)MCs的BMF較低（即對(duì)MCs生物稀釋較強(qiáng)的結(jié)果），因此，在替代性食物的可獲得性也會(huì)影響生物體對(duì)MCs的BMF。

然而，研究發(fā)現(xiàn)飲食中MCs濃度越高，消費(fèi)者體內(nèi)的MCs濃度越高，這表明增大消費(fèi)者對(duì)有毒食物的暴露量，可能會(huì)導(dǎo)致消費(fèi)者體內(nèi)毒物負(fù)荷的增大，因此，MCs在飲食中的濃度和其在消費(fèi)者體內(nèi)的濃度呈正相關(guān)性。甚至在野外，消費(fèi)者雖然可以自由選擇捕食對(duì)象，但還是會(huì)消耗有毒食物。其他替代性食物是否容易獲得也會(huì)影響消費(fèi)者對(duì)MCs的生物稀釋作用程度，回歸分析結(jié)果顯示，得到的斜率分別是0.53和0.19，這可以解釋野外環(huán)境中有毒食物的低利用率，尤其是更高M(jìn)Cs含量的有毒食物。因此，飲食中MCs的濃度以及環(huán)境中可替代性食物來源的多少，這些都會(huì)影響水生消費(fèi)者對(duì)MCs的生物稀釋程度的評(píng)估（即BMF大小）。

我們的研究證實(shí)了，生物體對(duì)MCs主要是生物稀釋作用，但是，也有個(gè)別生物顯示出潛在的生物放大作用，因此，我們應(yīng)該加強(qiáng)定期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)和生物監(jiān)測(cè)，對(duì)不同的水生生物采取不同的防范措施。另外，對(duì)于藻類污染嚴(yán)重的湖泊和水域，可以通過增大水中生物多樣性，來消除水中藻類毒素的濃度。而且通過增大對(duì)MCs具有潛在生物放大作用的浮游生物、水母、河蚌和食草性魚類等的生物量并加以充分利用，也可能會(huì)有效緩解MCs的污染和危害。

在未來研究中，除了應(yīng)該著重研究人類普遍消費(fèi)的主要水生生物，如河蚌和食草性魚類等以外，還應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水鳥和海龜?shù)人M(fèi)者的關(guān)注程度，因?yàn)檫@些高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物對(duì)MCs的生物轉(zhuǎn)歸作用，將可能對(duì)人類水環(huán)境的質(zhì)量產(chǎn)生更加廣泛的影響。

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