小檗堿作用下養(yǎng)殖水體溶解性MCs含量變化及影響因子的研究

王雪瑩，董少杰，尤宏爭，劉克明，戴偉，張樹林，劉斌，畢相東,通信作者

小檗堿作用下養(yǎng)殖水體溶解性MCs含量變化及影響因子的研究

王雪瑩1，董少杰1，尤宏爭2，劉克明2，戴偉1，張樹林1，劉斌1，畢相東1,通信作者

（1. 天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院 天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室，天津 300384；2. 天津市水產(chǎn)研究所，天津 300221）

為探究原位控藻過程中養(yǎng)殖水體中溶解性MCs含量變化規(guī)律及關(guān)鍵驅(qū)動因子，本試驗以小檗堿作為殺藻劑，在藍(lán)藻水華暴發(fā)盛期的淡水魚類養(yǎng)殖池塘中，開展了殺藻劑作用下養(yǎng)殖圍隔內(nèi)水中溶解性MCs含量變化規(guī)律及其與水化學(xué)指標(biāo)間相關(guān)性的研究。試驗設(shè)置1個藥物處理組（小檗堿濃度為4 mg/L）和1個對照組（未添加藥物），每組設(shè)3個平行，試驗為期8 d。試驗結(jié)果顯示：在小檗堿作用下，圍隔內(nèi)水中溶解性MCs含量隨時間呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，最高值出現(xiàn)在第三天，MCs含量最大值為4.514 μg/L。影響水中溶解性MCs含量的主要環(huán)境因子依次為NO3--N、NO2--N、NH4+-N，與其呈正相關(guān)，其中NO3--N與MCs呈顯著正相關(guān)（＜0.05），PO43--P、CODmn與其呈負(fù)相關(guān)。

小檗堿；藍(lán)藻；溶解性MCs；水化學(xué)指標(biāo)

長期以來，養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化引起的藍(lán)藻水華給淡水池塘養(yǎng)殖造成巨大危害[1-2]，尤其是對缺水更為嚴(yán)重的北方地區(qū)[3]，其主要危害是部分種類藍(lán)藻會產(chǎn)生一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的毒素—微囊藻毒素（Microcystins，MCs）[4]，其中以MC-LR、MC-RR和MC-YR 3種MCs的異構(gòu)體最為常見[5]。正常情況下MCs主要儲積于藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)，并被少量持續(xù)釋放至水生態(tài)環(huán)境中，對水生動物產(chǎn)生強(qiáng)烈的毒害作用[6-7]，進(jìn)而對水生生態(tài)系統(tǒng)平衡構(gòu)成極大威脅[8]，因此在養(yǎng)殖生產(chǎn)中，應(yīng)急處置藍(lán)藻水華時會使用殺藻劑抑殺藍(lán)藻。

課題組前期已開發(fā)基于植物間化感作用的化感物質(zhì)抑藻劑—小檗堿，其持續(xù)抑藻效果好且不存在二次污染[9-10]。實際應(yīng)用時，發(fā)現(xiàn)濃度超過4.0 mg/L以上的小檗堿具有很好的殺藻效果，但是應(yīng)急處置養(yǎng)殖池塘藍(lán)藻水華后，時常會發(fā)生養(yǎng)殖動物少量死亡現(xiàn)象，分析其原因可能是抑殺藍(lán)藻過程中水體化學(xué)指標(biāo)劇烈變化，更重要的原因可能與水體中MCs含量急劇增高有關(guān)。然而，迄今為止，有關(guān)抑藻劑作用下養(yǎng)殖池塘中溶解性MCs種類組成及其時空分布特征尚未見報道。因此，無法從MCs對養(yǎng)殖動物產(chǎn)生的危害及其關(guān)聯(lián)的水產(chǎn)品質(zhì)量安全角度科學(xué)指導(dǎo)使用抑藻劑防控養(yǎng)殖池塘藍(lán)藻水華。

本試驗研究小檗堿作用下養(yǎng)殖池塘中MCs含量的變化規(guī)律，并分析與其相關(guān)的主要水化學(xué)指標(biāo)，以期摸索出小檗堿作用下MCs含量的變化規(guī)律，這將對實際養(yǎng)殖生產(chǎn)中MCs危害預(yù)警及其應(yīng)急防控具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2017年6月29日-7月7日在天津市水產(chǎn)研究所淡水養(yǎng)殖基地進(jìn)行。在暴發(fā)藍(lán)藻的淡水魚類養(yǎng)殖池塘尾水循環(huán)渠中，搭建底面直徑1.2 m、高2 m的圓柱體圍隔，圍隔上部高出水面20～30 cm，下部伸入底泥，試驗共建立6個圍隔（圖1）。試驗初期藍(lán)藻豐度為1.90×108個/L。小檗堿的濃度梯度設(shè)置為0 mg/L（對照組）、4.0 mg/L（試驗組），每組設(shè)3個平行，試驗期間定期監(jiān)測水體溶解性MC-LR、MC-RR、MC-YR含量，以及硝酸鹽（NO3--N）、亞硝酸鹽（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）、活性磷酸鹽（PO43--P）和高錳酸鉀指數(shù)（CODmn）。試驗共進(jìn)行8 d，潑灑小檗堿后6 h進(jìn)行第二次采樣，以后每24 h采樣1次。

圖1 養(yǎng)殖圍隔搭建示意圖

1.2 樣品的采集

使用定制采水器（直徑0.1 m、高1.5 m）采集整水柱水體，混勻，取1 L冷藏帶回實驗室用于水化學(xué)指標(biāo)測定，另取1.5 L水樣，過500目篩絹后冷藏帶回實驗室，用于萃取水中溶解性MCs。

1.3 試驗方法

1.3.1 浮游植物和水化學(xué)指標(biāo)的檢測方法

浮游植物的定量方法參照《水生生物學(xué)》[11]進(jìn)行，定性參照胡鴻均等[12]的方法進(jìn)行。分別采用納氏試劑分光光度法、重氮—偶氮比色法、鋅鎘還原法、鉬酸銨分光光度法、碘化鉀—堿性高錳酸鉀法進(jìn)行NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P以及CODmn含量的測定。

1.3.2 水中溶解性MCs含量的檢測

標(biāo)準(zhǔn)品MC-LR、MC-RR、MC-YR（白色粉末，純度≥95%）母液的制備、回收率以及水中溶解性MCs的萃取參照國標(biāo)法進(jìn)行（GB/T 20466-2006）[13]。其中提取液、淋洗液、洗脫液分別為90%的甲醇（色譜純）溶液、20%的甲醇溶液、加0.1%三氟乙酸（分析純）的甲醇溶液。高效液相色譜儀（安捷倫 1260 Infinity II）的檢測條件為：流動相為0.05%三氟乙酸和60%甲醇，進(jìn)樣量為20 μL，色譜柱溫為40 ℃，紫外可見光檢測器波長為238 nm。

1.4 統(tǒng)計方法

采用Execl 2009、spss 19.0以及Canoco 4.5輔助進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水中溶解性MCs含量的變化規(guī)律

由圖2可知，潑灑小檗堿后水中溶解性MC-RR與MCs含量都隨時間呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，試驗結(jié)束時圍隔中3種MCs的含量都高于起始值，且6 h后試驗組中MC-RR、MC-YR含量始終高于對照組。加入小檗堿1 d（除第五天）后試驗組中MCs含量始終高于對照組。試驗開始時（0 h）對照組水中溶解性MC-LR＞MC-RR＞MC-YR含量。試驗組MC-LR、MC-RR、MC-YR以及MCs含量變化范圍依次為0.298～1.536、0.445～1.896、0.047～1.546、0.786～4.514 μg/L。MC-LR、MC-RR和MCs含量的最大值出現(xiàn)在小檗堿作用后的第三天，MC-YR含量的最大值出現(xiàn)在小檗堿作用后的第六天。

圖2 水中溶解性MC-LR、MC-RR、MC-YR和MCs含量隨時間的變化

2.2 水化學(xué)指標(biāo)變化與MCs含量變化的相關(guān)性分析

對水中溶解性MCs含量與水化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行RDA分析，結(jié)果如圖3所示，圖中1-10序號表示隨時間依次進(jìn)行的10次采樣。由圖可知：對照組中影響水體溶解性MCs含量的主要驅(qū)動因子依次為NO3--N、CODmn、PO43--P、NH4+-N，其中NO3--N與MCs呈顯著正相關(guān)（＜0.05）（表1）。小檗堿處理組中影響溶解性MCs含量變化的主要水化因子依次為NO3--N、NO2--N、NH4+-N，與其呈正相關(guān)，其中NO3--N與MCs呈顯著正相關(guān)（＜0.05），PO43--P、CODmn與其呈負(fù)相關(guān)。

圖3 水中溶解性MCs含量與其關(guān)鍵驅(qū)動因子的RDA分析

表1 水化學(xué)指標(biāo)變化與溶解性MCs含量變化的相關(guān)系數(shù)

比較項對照組試驗組 NO2--N-0.0680.356 NO3--N0.695*0.804* NH4+-N0.1400.248 PO43--P0.225-0.999 CODmn0.563-0.148

注：“*”表示在0.05水平上顯著相關(guān)

3 討論

已有研究指出，MCs在藍(lán)藻生長階段主要儲積于藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)，但在藍(lán)藻死亡裂解后，胞內(nèi)大量MCs被釋放到水體中[14]，致使水中溶解性MCs含量快速升高。本試驗中潑灑小檗堿6 d后，圍隔水中溶解性MCs含量持續(xù)上升，1 d后水中溶解性MCs含量逐漸高于對照組。目前關(guān)于水中溶解性MCs含量變化的研究多集中在自然湖泊、河流和水庫中[15-17]，對藥物殺藻后水中溶解性MCs含量的變化規(guī)律報道較少。曹瑩等[18]在對太湖MCs的檢測中發(fā)現(xiàn)MC-LR含量高于MC-RR含量，本試驗對照組0 h溶解性MC-LR＞MC-RR＞MC-YR含量，與上述研究結(jié)果相符。賈瑞寶等[16]研究指出即使在嚴(yán)重污染的水體中，溶解的MCs濃度范圍通常低于10 μg/L。本試驗與賈瑞寶等人研究結(jié)果一致，圍隔水中溶解性MCs的含量最高值為4.514 μg/L，但在紀(jì)榮平等[15-17]的研究中，水中溶解性MCs含量均低于國家規(guī)定的飲用水中MC-LR含量標(biāo)準(zhǔn)1.0 μg/L，本試驗水中MC-LR含量高于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)含量值，最高達(dá)到了 1.536 μg/L。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是，本試驗中使用小檗堿殺藻使得圍隔中大量藻類死亡裂解，致使MC-LR含量短時間內(nèi)大量增加。

已有研究指出水化學(xué)指標(biāo)影響水中溶解性MCs的含量[19-20]，但已發(fā)表的研究中對水化學(xué)指標(biāo)與水中MCs的相關(guān)性分析結(jié)果不盡相同。例如姜蕾、范亞民等[19,21]研究發(fā)現(xiàn)，水中MCs含量與NO3--N、COD呈正相關(guān)，與NH4+-N呈負(fù)相關(guān)；而張杭君等[20]對太湖流域水中MCs含量變化進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，水中MCs含量與NO2--N、NO3--N、NH4+-N呈正相關(guān)，產(chǎn)生分歧的原因可能在于試驗場所中藍(lán)藻水華暴發(fā)的程度、水質(zhì)等條件不同。本試驗對照組影響水中溶解性MCs含量的主要水化因子依次為NO3--N、CODmn、PO43--P、NH4+-N，并與其呈正相關(guān)，其中NO3--N與MCs呈顯著正相關(guān)（＜0.05），NO2--N與其呈負(fù)相關(guān)。小檗堿處理后影響水中溶解性MCs的主要水化因子依次為NO3--N、NO2--N、NH4+-N，與其呈正相關(guān)，其中NO3--N與MCs呈顯著正相關(guān)（＜0.05），PO43--P、CODmn與其呈負(fù)相關(guān)。對照組與試驗組出現(xiàn)這種相關(guān)性差異的原因可能是，試驗組大量死亡裂解的藻類分解過程使得水體中水化學(xué)指標(biāo)含量產(chǎn)生變動。

4 結(jié)論

圍隔水中溶解性MCs含量在潑灑小檗堿后持續(xù)上升，第三天達(dá)到最大值后逐漸下降，影響水中溶解性MCs的主要水化因子依次為NO3--N、NO2--N、NH4+-N，與其呈正相關(guān)，其中NO3--N與MCs呈顯著正相關(guān)（＜0.05）。PO43--P、CODmn與其呈負(fù)相關(guān)。綜上所述，在實際生產(chǎn)中潑灑小檗堿后應(yīng)盡快使用解毒劑，以免對養(yǎng)殖動物造成次生傷害。

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Changes of soluble MCs content in aquaculture water and its influencing factors under the action of berberine

WANG Xue-ying1, DONG Shao-jie1, YOU Hong-zheng2, LIU Ke-ming2, DAI Wei1, ZHANG Shu-lin1, LIU Bin, BI Xiang-dong1, Corresponding Author

（1. Key Laboratory of Aqua-ecology and Aquaculture of Tianjin, College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Fisheries Research Institute, Tianjin 300221, China）

To explore the change rule of soluble microcystins (MCs) content and its key driving factors in aquaculture water in situ bloom control, berberine was used as algicide in freshwater fish culture pond during the peak period of cyanobacteria bloom, and the change rule of soluble MCs content in enclosure and its correlation with hydrochemical indexes were studied. Algicide-treated group with 4 mg/L berberine and control group without berberine were set up in triplicate. The experiment lasted 8 days. The results showed that the content of soluble MCs in the enclosed water treated with berberine increased first and then decreased, reaching the maximum value of 4.514 μg/L on the third day. The main driving factors affecting soluble MCs content positively were NO3--N、NO2--N and NH4+-N in turn, and NO3--N had significant positive correlation with soluble MCs content (<0.05). PO43--P and CODmnwere negatively correlated with soluble MCs content.

berberine; cyanobacteria; soluble MCs; hydrochemical indexes

1008-5394（2020）02-0048-04

10.19640/j.cnki.jtau.2020.02.011

S913

A

2019-05-15

國家自然科學(xué)基金面上項目（31772857）；天津市自然科學(xué)基金項目（17JCYBJC29500）；天津中青年創(chuàng)新骨干人才項目（無編號）

王雪瑩（1992-），女，碩士在讀，主要從事養(yǎng)殖水域生態(tài)學(xué)研究。E-mail：m13920508530@163.com。

畢相東（1980-），男，教授，博士，主要從事養(yǎng)殖水域生態(tài)學(xué)研究。E-mail：yl801123@aliyun.com。

責(zé)任編輯：張愛婷