土壤中微囊藻毒素的污染特征及其對(duì)作物的危害

摘要：在藍(lán)藻水華發(fā)生過(guò)程中常伴隨著微囊藻毒素（MCs）的產(chǎn)生。MCs經(jīng)灌溉、溢流、藻肥施用等方式進(jìn)入土壤后可被農(nóng)作物吸收富集，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重威脅環(huán)境和人體健康。本文分析了土壤中MCs的來(lái)源和污染特征，發(fā)現(xiàn)灌溉是MCs進(jìn)入土壤的主要途徑，土壤中MCs的累積量高達(dá)276 μg·kg-1，而且土壤中MCs污染具有普遍性、穩(wěn)定性以及難去除等特點(diǎn)。本文探究了MCs在農(nóng)田土壤與糧食、蔬菜作物中的累積、遷移及危害，發(fā)現(xiàn)土壤中MCs在作物生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)期均可被吸收累積，其在青菜、油菜中的累積量較高，尤其在成熟作物的可食用部位。MCs在作物體內(nèi)的累積呈現(xiàn)根gt;葉gt;莖的規(guī)律。MCs會(huì)降低作物種子的發(fā)芽率，抑制個(gè)體生長(zhǎng)，使個(gè)體形態(tài)發(fā)生改變，以及通過(guò)降低超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶等酶的活性使生理生化性質(zhì)發(fā)生改變。此外，MCs對(duì)作物幼苗的影響大于成熟植株。文章提出了根際效應(yīng)可能是影響MCs從土壤到作物遷移的主要原因，是未來(lái)值得關(guān)注的研究方向，該研究為探索MCs的污染問題以及減少其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：藍(lán)藻水華；土壤污染；蔬菜；根際效應(yīng)；遷移

中圖分類號(hào)：X53；X503.231 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-2043（2025）03-0594-11 doi：10.11654/jaes.2024-1146

近年來(lái)，全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致生活和工業(yè)廢水排放量不斷增加，加之農(nóng)藥、化肥的大量使用及全球氣候變暖的影響，水體富營(yíng)養(yǎng)化問題日益嚴(yán)峻[1-2]。水體富營(yíng)養(yǎng)化可能會(huì)引起有害藍(lán)藻水華的暴發(fā)[3]，導(dǎo)致水體的微囊藻毒素（MCs）污染，破壞生態(tài)環(huán)境，造成生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)。我國(guó)MCs的污染主要集中在湖泊和水庫(kù)中。研究表明，過(guò)去20 a中，我國(guó)59個(gè)湖泊和37 個(gè)水庫(kù)中檢測(cè)到MCs，湖泊的檢測(cè)率為100%，水庫(kù)為84%，這些水體主要分布在東南地區(qū)。且湖泊中MCs的平均濃度顯著高于水庫(kù)，濃度在夏季和秋季較高[4]。國(guó)際富營(yíng)養(yǎng)化工作組的研究報(bào)告顯示，全球30%～40%的湖泊和水庫(kù)存在著不同程度的水體富營(yíng)養(yǎng)化問題[5]。此外，全球氣候變暖導(dǎo)致的有害藍(lán)藻快速生長(zhǎng)也是造成有害藻華暴發(fā)的原因之一[6]。不僅如此，紫外線強(qiáng)度、光照強(qiáng)度以及CO2濃度等也會(huì)影響藍(lán)藻的生長(zhǎng)及污染程度[7-9]。而有害藍(lán)藻水華暴發(fā)常伴隨著各種藻毒素及其衍生物的產(chǎn)生，其中就包括MCs。MCs是一類具有生物活性的環(huán)狀七肽物質(zhì)，且具有很明顯的肝細(xì)胞毒性。其毒性特征主要表現(xiàn)為抑制生物體酶活性、影響細(xì)胞正常代謝、造成機(jī)體細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激、誘導(dǎo)DNA損傷和細(xì)胞凋亡等一系列生理生化改變。人類攝入過(guò)多被MCs污染的水和食物會(huì)導(dǎo)致肝細(xì)胞壞死并引發(fā)肝癌等[10]。MCs有多種異構(gòu)體，目前已發(fā)現(xiàn)300多種[11]，其中MCLR、MC-RR、MC-YR 這3種亞型存在最廣泛。當(dāng)在農(nóng)田中使用被MCs污染的地表水、地下水或藻肥時(shí)，MCs會(huì)隨著水與土壤環(huán)境之間的物質(zhì)交換進(jìn)入陸生生態(tài)系統(tǒng)。李彥文的研究發(fā)現(xiàn)，云南省玉溪市星云湖周邊的農(nóng)田土壤中MCs含量可達(dá)65.7 μg·kg-1[12]。國(guó)外土壤中MCs的檢出率及含量也較高，甚至在沙漠地區(qū)，因季節(jié)性降雨導(dǎo)致了土著藍(lán)藻的迅速生長(zhǎng)，其中有毒植株就會(huì)產(chǎn)生MCs，例如卡塔爾沙漠中MCs含量高達(dá)56 μg·m-2[13]。

土壤是一個(gè)大的生態(tài)系統(tǒng)，也是環(huán)境中有毒有機(jī)物的傳播介質(zhì)，在MCs累積及遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中起到了關(guān)鍵的作用[12]。土壤中殘留的MCs會(huì)隨著植物根部對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收作用進(jìn)入植物體內(nèi)，再通過(guò)蒸騰作用轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部[1]。研究人員在實(shí)驗(yàn)室用被MCs污染的土壤種植作物發(fā)現(xiàn)，MCs在種植的幾種根菜、葉菜等蔬菜作物及玉米、小麥、豌豆等糧食作物中均有不同程度的累積，累積量高達(dá)39 480 μg·kg-1[14]。累積在植物體內(nèi)的MCs會(huì)對(duì)植株產(chǎn)生毒害作用，影響各生長(zhǎng)周期的生理生化性狀，主要表現(xiàn)為根尖及葉片壞死、酶活性及生長(zhǎng)受到抑制等。而且MCs在農(nóng)作物可食用部分的高度累積也會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品安全等問題。MCs也會(huì)隨著食物鏈進(jìn)入人體和動(dòng)物體內(nèi)，嚴(yán)重威脅人類和動(dòng)物健康。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)MCs 的研究主要集中在水體污染、水環(huán)境危害等方面，本文綜述了土壤中MCs的來(lái)源及其污染特征，根據(jù)現(xiàn)有研究重點(diǎn)評(píng)述了MCs從土壤到蔬菜和其他作物中的遷移、積累特征及其危害，以期為研究污染土壤中MCs的控制與遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制提供參考。

1 土壤中MCs的污染特征

1.1 污染來(lái)源

MCs主要由微囊藻（Microcystis）、魚腥藻（Anabae?na）、顫藻（Oscillatoria）、念珠藻（Nostoc）、束絲藻（Aph?anizomenon）、擬柱胞藻（Clindrospermop ? sis）、膠刺藻（Gloeotrichia）、節(jié)球藻（Nodularia）和浮絲藻（Plankto?thrix）產(chǎn)生[15]，在水中主要以溶解態(tài)（游離態(tài)）、細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)和吸附態(tài)存在[16-17]。在藍(lán)藻水華暴發(fā)期間，水中溶解態(tài)MCs含量較低，但有害藍(lán)藻藻細(xì)胞死亡后會(huì)快速破裂，從而釋放出大量的MCs毒素，并表現(xiàn)出一定的毒性。而且機(jī)械打撈會(huì)加速藻細(xì)胞的死亡和毒素的釋放[18]。地表水中MCs 濃度通常在1～100 μg·L-1，有的甚至高達(dá)10 000 μg·L-1[19]。例如新西蘭霍羅范努瓦湖中MCs 濃度達(dá)36 500 μg·L-1[20]。環(huán)境中MC-LR的存在構(gòu)成了生態(tài)和人類健康風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槠錆舛人娇赡艹^(guò)世界衛(wèi)生組織（WHO）要求的飲用水（1 μg·L-1）和娛樂水域（10 μg·L-1）的指導(dǎo)值。

MCs分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有親水性和疏水性基團(tuán)，因此其在水及多數(shù)有機(jī)溶劑中都具有較高的溶解性，在水中的溶解度大于1 g·L-1，且不具有揮發(fā)性。而且MCs的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，在自然條件下降解比較困難，自來(lái)水廠常用的混凝沉淀、過(guò)濾、加氯、氧化、活性炭吸附等處理方法也不能使MCs從水體中完全去除。此外，MCs分子結(jié)構(gòu)中含有的羧基、氨基和酰氨基，使其在不同pH 值下會(huì)產(chǎn)生不同的離子化傾向，因此，MCs對(duì)pH 的變化也有較強(qiáng)的抗性[21]，所以有害藻華污染水體中常含有高濃度的MCs[22]。

水環(huán)境中存在的MCs可以通過(guò)多種途徑轉(zhuǎn)移到土壤中，如使用被有害藻華污染過(guò)的水體灌溉農(nóng)田，將打撈上來(lái)的藍(lán)藻制成藻肥施入田中，以及人工濕地和河岸過(guò)濾富營(yíng)養(yǎng)化水體后表面漂浮的藍(lán)藻的不當(dāng)處理等[7，12，23]。目前還沒有有效的從灌溉用水中去除MCs的方法，用地表水或地下水直接灌溉不可避免會(huì)將其中的MCs引入到土壤中。引湖水/河水灌田是全球范圍內(nèi)非常常見的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉方式之一，因此灌溉是MCs向土壤遷移的主要途徑。MCs在農(nóng)田土壤中的累積量可達(dá)到186 μg·kg-1[24]。土壤中的MCs除了來(lái)自灌溉接收溶解在水中的那部分溶解態(tài)MCs，還有很大一部分細(xì)胞內(nèi)結(jié)合態(tài)MCs是由進(jìn)入土壤的藻細(xì)胞死亡后破裂釋放而來(lái)。有研究表明，水體中的MCs還可通過(guò)氣溶膠傳輸?shù)疥懙叵到y(tǒng)[25]。不僅如此，土壤中的土著藍(lán)藻也可能產(chǎn)生MCs[26]。大多數(shù)MCs還具有較強(qiáng)的遷移能力，會(huì)通過(guò)淋溶進(jìn)入更深的土層和地下水中，加大其被植物吸收進(jìn)入食物鏈或由地下水直接進(jìn)入人體的風(fēng)險(xiǎn)[27]。另外，洪澇災(zāi)害的發(fā)生也會(huì)將有害藍(lán)藻細(xì)胞和MCs帶入土壤系統(tǒng)中，造成土壤中MCs的污染[28]。

為了對(duì)MCs的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，通常采用風(fēng)險(xiǎn)商值法（HQ）來(lái)評(píng)估其對(duì)人體的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)[29]。具體的計(jì)算公式為：

根據(jù)HQ 值，MCs的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)分為極低風(fēng)險(xiǎn)（HQ≤0.03）、低風(fēng)險(xiǎn)（0.032.86）[29]。MCs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有助于識(shí)別飲用水源中潛在的健康威脅，為制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)水源保護(hù)和監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 污染特征

土壤中MCs 污染具有普遍性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。目前，我國(guó)土壤中MCs的分布主要集中在受藍(lán)藻水華影響的湖泊周邊土壤和農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)。有研究報(bào)道，在MCs 污染水灌溉土壤中檢測(cè)到MCs 的含量達(dá)24.8μg·kg-1，太湖周邊土壤中MCs 的累積量為65～276μg·kg-1，農(nóng)田中MCs的含量為2.12～6.6 μg·kg-1[30]。滇池周邊大部分農(nóng)田土壤中3 種MCs（MC-LR、MCRR、MC-YR）的含量在0～7.8 μg·kg-1 之間[27]，其中，MC-RR檢出率高達(dá)82.9%，含量為ND（未檢出）～5.3μg·kg-1，檢出率和含量均為三者中最高；其次為MCLR，檢出率為31.43%，含量在ND～1.5 μg·kg-1 之間；最后是MC-YR，檢出率為25.7%，含量在ND～1.7 μg·kg-1之間。而在滇池草海周邊農(nóng)田土壤中，MCs的檢出率高達(dá)100%，平均含量為2.4 μg·kg-1。Chen 等[31]對(duì)我國(guó)江蘇太湖、云南星云湖、廣東大沙河水庫(kù)的采樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，周邊農(nóng)田土壤中3種MCs的含量分別為65～276、ND～65.7、0.8～186.3 μg·kg-1。國(guó)外許多地區(qū)也存在MCs污染情況，如加拿大魁北克受污染農(nóng)田土壤中檢測(cè)出MC-LR 的含量為0.3 μg·kg-1[32]；Metcalf等[13]在卡塔爾沙漠土壤中檢測(cè)出MCs的含量為3～56μg·m-2。此外，北極地區(qū)土壤中也有MCs檢出，含量為0.1～11.1 μg·kg-1[33]。總體上看，全球范圍內(nèi)諸多水域及土壤中均存在不同程度的MCs污染。而水中存在的MCs經(jīng)灌溉及藻肥施用進(jìn)入土壤環(huán)境也是其重要的環(huán)境歸宿。MCs的污染會(huì)降低土壤生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。長(zhǎng)期來(lái)看，土壤MCs的積累可能導(dǎo)致土壤退化，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境成本和治理難度，阻礙農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[34]。因此，土壤MCs污染問題是一個(gè)急需解決的問題，需要得到足夠的關(guān)注。

2 土壤中MCs的降解和遷移

2.1 MCs的降解和遷移

MCs是一種含有極性和非極性基團(tuán)的兩性分子，而土壤膠體對(duì)于陽(yáng)離子和陰離子都有一定的吸附作用，所以進(jìn)入土壤中的MCs部分會(huì)被吸附在土壤介質(zhì)中[6]。有報(bào)道稱農(nóng)田土壤對(duì)MCs的吸附量達(dá)到9 940μg·kg-1[18]。土壤中一些黏土礦物及生物質(zhì)炭對(duì)MCs的吸附量最高可達(dá)3 g·kg-1，可使土壤中游離MC-LR降低33.9%[35]。目前，MCs在土壤中的降解主要依賴于土壤微生物，而mlr 基因介導(dǎo)的降解途徑是微生物降解的主要途徑。該途徑由至少3種細(xì)胞內(nèi)水解酶（MlrABC）和一種特定的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（MlrD）組成?？缒の⒛以宥舅孛窶lrA首先在周質(zhì)內(nèi)將環(huán)狀MCs裂解成線性形式，導(dǎo)致毒性顯著降低，其他酶[例如線性化微囊藻酶（MlrB）、四肽酶（MlrC）等]隨后將線性化的MCs裂解成較短的肽，最終代謝成CO2。在MCs存在的環(huán)境中，mlr 基因型和非mlr 基因型降解微生物通常共存，非mlr 基因型降解微生物被認(rèn)為是歐洲和北美一些湖泊中的主要降解微生物[36]。

研究表明，土壤特性通過(guò)直接或間接的方式影響土壤微生物進(jìn)而影響MCs 的降解[37]。土壤pH 值對(duì)MCs的降解速率有顯著影響。土壤pH值越低，微生物活性受到抑制，陽(yáng)離子交換量越大，MCs（如MCLR）的降解速率越慢[38]。例如，Paucibacter sp.CH菌株在25～30 ℃和pH 6～9 的條件下表現(xiàn)出最佳降解效率[39]。有機(jī)質(zhì)是土壤微生物的重要碳源和能源，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，越有利于微生物的生長(zhǎng)和繁殖，從而促進(jìn)MCs的降解。溫度和土壤含水率是影響MCs降解的重要環(huán)境因素。研究表明，25 ℃和30%、60%的含水率最有利于MCs的降解。偏低溫和低含水率（如10%）則顯著延長(zhǎng)了毒素的降解半衰期[27]。另有研究表明，土壤動(dòng)物也會(huì)對(duì)MCs的降解發(fā)揮作用。例如蚯蚓可以通過(guò)其生命活動(dòng)改變土壤性質(zhì)，增強(qiáng)土壤微生物的生物活性和豐度，從而促進(jìn)土壤中MCs的微生物降解[40-41]。

基于吸附與降解作用，土壤對(duì)MCs具有一定的凈化能力。然而，MCs在完全降解之前仍然會(huì)在土壤中滯留一段時(shí)間[42]。Chen 等[43]研究發(fā)現(xiàn)，MC-RR 亞型在土壤中的半衰期為7.9～17.8 d，MC-LR亞型為6.0～17.1 d，（Dha7）MC-LR 為7.1～10.2 d。在有機(jī)質(zhì)含量較高的土壤中，MCs降解速度加快，半衰期縮短。藻細(xì)胞直接施入土壤中時(shí)，由于藻細(xì)胞破裂，毒素被釋放進(jìn)入土壤需要一定時(shí)間，半衰期將延長(zhǎng)。MC-RR和MC-LR在土壤中的標(biāo)化分配系數(shù)（Koc）分別為224和46.3，表明其移動(dòng)性較強(qiáng)。因此將有毒藍(lán)藻作為肥料直接施進(jìn)土壤可能會(huì)危害作物生長(zhǎng)并污染地下水。有研究表明，進(jìn)入土壤中的MC-LR僅有不到14%會(huì)被土壤顆粒吸附，73.2%～88.9% 會(huì)被解吸出來(lái)，極易進(jìn)入深層土壤或地下水以及被作物吸收[37]。詹曉靜[27]研究發(fā)現(xiàn)，在3種MCs中，MC-LR在土壤中的遷移能力最強(qiáng)，MC-YR次之，MC-RR最弱。

2.2 根際效應(yīng)對(duì)土壤中MCs降解和遷移的影響

種植作物的根際土壤的pH、氧化還原電位、微生物數(shù)量和活性、養(yǎng)分及污染物濃度等與非根際土壤存在差異。植物在光合作用過(guò)程中吸收的碳約有40%以根系分泌的化合物的形式傳遞到土壤中，從而導(dǎo)致土壤根際環(huán)境發(fā)生變化。根系分泌物對(duì)根際土壤中微生物的種群、數(shù)量和活性等有很大影響，根際土壤中的微生物群落數(shù)量往往比周圍土壤大得多[44]。自然界中MCs的消減主要是通過(guò)微生物降解的方式進(jìn)行，而pH、有機(jī)質(zhì)含量和氧化還原電位等條件均會(huì)影響微生物的數(shù)量和活性，進(jìn)而影響微生物對(duì)MCs的降解效率。此外，根際微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能在MCs暴露下會(huì)發(fā)生顯著變化，這些變化有助于MCs 的降解[45]。因此，植物的根系分泌物及根際效應(yīng)對(duì)MCs在土壤中的積累和降解有很大影響，不同植物的根際分泌物存在差異，影響作用可能也不同。

根際效應(yīng)也可能影響MCs在土壤中的存在形態(tài)以及從土壤到作物中的遷移。土壤中的有機(jī)污染物一般以結(jié)合態(tài)和可提取態(tài)兩種形式存在，可提取態(tài)不用改變?cè)械幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)且可以用溶劑提取出來(lái)，進(jìn)而又以有機(jī)溶劑提取態(tài)和可脫附態(tài)兩種形式存在于土壤中；而結(jié)合態(tài)則難于直接萃取，需要一定條件將其釋放才可進(jìn)行萃取[38]。進(jìn)入到土壤中的MCs，由于其本身的水溶性、土壤的機(jī)械組成、土壤酸堿度及土壤溫度等因素可以溶解在土壤溶液中，有一部分與土壤黏粒和土壤有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生吸附作用只能暫時(shí)呈吸附態(tài)或者懸浮態(tài)賦存在土壤表面，還有一部分則會(huì)進(jìn)入到土壤有機(jī)質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中形成不容易萃取的結(jié)合態(tài)。

目前已經(jīng)有較多關(guān)于根際分泌物活化土壤中雌激素和多環(huán)芳烴（PAHs）的研究。根系分泌物中的有機(jī)酸（如乙酸、草酸、檸檬酸等）可以降低土壤的pH值，從而影響土壤中雌激素和PAHs的化學(xué)形態(tài)和溶解度。這些有機(jī)酸還可以與土壤中的金屬離子形成絡(luò)合物，改變土壤的吸附特性，使結(jié)合態(tài)的雌激素和PAHs更容易被解吸出來(lái)。同時(shí)，根系分泌物為根際微生物提供了豐富的碳源和能源，從而刺激微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。這些微生物可以分泌胞外酶，如過(guò)氧化氫酶、漆酶等，這些酶能夠直接作用于雌激素和PAHs，將其分解為更小的分子，從而增加其可提取性[46-47]。例如，小麥根系分泌物可以調(diào)節(jié)漆酶催化的雌激素腐殖化過(guò)程，形成低毒或無(wú)毒的共聚物沉淀物，從而降低雌激素在根際溶液中的生物利用度[48]。根系分泌物還可以促進(jìn)根際土壤中活性氧的生成，如超氧陰離子、過(guò)氧化氫和羥基自由基等。這些活性氧具有很強(qiáng)的氧化能力，能夠氧化PAHs，使其從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭商崛B(tài)[46]。此外，植物根系分泌的酶可以直接參與雌激素的氧化、還原和水解等反應(yīng)，生成含有功能團(tuán)的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。這些轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可能具有更低的分子量和更高的溶解性，從而更容易被植物吸收或提取[47]。不僅如此，根系分泌物還可以促進(jìn)植物根系對(duì)雌激素和PAHs的吸收[46-47]。

MCs與雌激素和PHAs都含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，因此在化學(xué)性質(zhì)上具有一定的相似性。三者都具有不同程度的疏水性和較高的有機(jī)溶劑溶解性，這使得它們?cè)诃h(huán)境中的遷移和富集行為具有相似性。此外，MCs與雌激素還有相近的分子量。因此，MCs 與雌激素和PHAs在物理和化學(xué)性質(zhì)上有一定的相似性，或許作物根際存在某種活化機(jī)制可能會(huì)影響到土壤中MCs的存在及遷移轉(zhuǎn)化。但目前，關(guān)于作物根系分泌物對(duì)MCs活性的研究幾乎沒有，在根際以及距離根系不同距離土壤范圍內(nèi)關(guān)于MCs的遷移累積和活化機(jī)制還需進(jìn)一步探索。

3 MCs的作物危害

3.1 MCs的作物污染特征

土壤中的有效態(tài)MCs易通過(guò)作物根的吸收作用進(jìn)入根系及地上部分，從而在作物體內(nèi)積累，甚至MCs在作物體內(nèi)的累積量遠(yuǎn)大于在土壤中。人類及動(dòng)物食用作物后會(huì)使得MCs轉(zhuǎn)移到體內(nèi)并富集。我國(guó)南方藍(lán)藻污染水域附近農(nóng)田蔬菜中MCs的檢出率在90.9%～100%之間，MCs含量在0～381.4 μg·kg-1之間[35]。Cao等[49]將菠菜暴露于10 μg·L-1 MC-LR污染的土壤中12 d 后，檢測(cè)到MC-LR 的累積量達(dá)138.5μg·kg-1（鮮質(zhì)量）。用含有12 μg·L-1 MC-LR的水灌溉種植蘿卜64 d后，在蘿卜的主根中檢測(cè)到MC-LR的累積量為600～700 μg·kg-1（鮮質(zhì)量），葉片中的累積量為350～450 μg·kg-1（鮮質(zhì)量）[50]。用MCs污染水灌溉番茄、生菜、胡蘿卜和青豆等作物，一段時(shí)間后土壤中的MCs含量?jī)H為作物中的1.7%～98.0%[51]。

種植不同蔬菜時(shí)，MCs從土壤到蔬菜中遷移的量不同，如星云湖地區(qū)種植芹菜和白菜的土壤中MCs的平均含量（10.6～19.3 μg·kg-1）高于種植辣椒、青豆、茄子和胡蘿卜的土壤（3.8～7.5 μg·kg-1）；大沙河庫(kù)區(qū)種植生菜、白菜和芹菜的土壤中MCs 平均含量（12.3～22.8 μg·kg-1）高于種植茄子、胡蘿卜和蘿卜的土壤（10.5～12.6 μg·kg-1）[52]。

MCs在不同類型作物及同一種作物的不同部位中均有不同程度的富集。利用MCs污染水體灌溉或施用藻肥，會(huì)使陸生植物暴露于MCs污染下。土壤中MCs經(jīng)作物吸收后會(huì)累積在體內(nèi)，目前國(guó)內(nèi)外已有諸多相關(guān)研究，如表1所示，主要包括小麥、玉米、豆類等糧食作物以及油菜、蘿卜、西蘭花等蔬菜作物對(duì)MCs的累積[14，49-50，52-63]。MCs在不同作物的根、莖、葉等部位均有不同程度的累積，其中根部的累積量普遍高于莖和葉。對(duì)于糧食作物，葉中的累積量又高于莖；而對(duì)于蔬菜作物，MCs被吸收后主要集中在根及葉片中。有研究發(fā)現(xiàn)，暴露于MCs的水稻和甘藍(lán)型油菜的幼苗根、莖、葉內(nèi)均會(huì)累積MCs，并且在相同暴露濃度下，油菜中MCs的累積量高于水稻。油菜和水稻種子暴露在污染濃度為0.12 μg·mL-1 MCs時(shí)（低于飲用水安全標(biāo)準(zhǔn)：1 μg·L-1），其發(fā)芽和生長(zhǎng)受到明顯抑制，最終植株中MCs殘留含量分別為8.32 μg·kg-1（鮮質(zhì)量）和2.94 μg·kg-1（鮮質(zhì)量）[59]。有研究人員在調(diào)查了35 種農(nóng)業(yè)植物后發(fā)現(xiàn)，蒔蘿、歐芹和椰菜等葉菜類蔬菜在其可食用部分的MCs的生物濃縮量是其他農(nóng)業(yè)植物的3倍左右[19]。J?rvenp??等[56]研究發(fā)現(xiàn)，用濃度為10 μg·L-1 MCs的灌溉水澆灌花椰菜和芥菜幼苗，20 d后椰菜和芥菜中MCs的暴露量分別為26 μg和23 μg，兩種菜根部MCs的含量分別為0.9～2.4 μg·kg-1（鮮質(zhì)量）和2.5～2.6 μg·kg-1（鮮質(zhì)量）。這些研究表明MCs可在作物體內(nèi)累積，且累積量與暴露濃度和作物種類有關(guān)。

作物成熟后會(huì)被人們收獲和食用，而MCs則可順著食物鏈進(jìn)入人體，具有一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，MCs對(duì)成熟作物植株的影響研究也越來(lái)越受到關(guān)注，目前對(duì)成熟作物可食用部位的MCs積累濃度和積累規(guī)律等也已有諸多報(bào)道。被MCs污染的土壤種植出來(lái)的成熟作物體內(nèi)MCs累積量遠(yuǎn)高于作物其他生長(zhǎng)期植株，且主要集中在根、果實(shí)和莖中，而葉片中一般在中部含量最高。Chen等[64]在太湖周邊農(nóng)田土壤種植的水稻谷粒中檢測(cè)到了MC-LR。Mohamed等[53]通過(guò)對(duì)沙特阿拉伯西南部的阿西爾地區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，使用含0.3～1.8 μg·L-1 MCs的污染水灌溉農(nóng)田，所種植的6種蔬菜在成熟期收割后均檢測(cè)到了MCs殘留，并且根據(jù)可食用部分分類，根和莖內(nèi)含量最高，為360 μg·kg-1，葉片中含量最高達(dá)到260 μg·kg-1（圖1）。還有研究通過(guò)用含有MCs的水灌溉種植生菜的土壤，收獲后在生菜葉片中檢測(cè)到了MCs，葉片中部MC-LR的含量高達(dá)2 500 μg·kg-1（干質(zhì)量），在葉片末梢和基部MC-LR的含量分別為833 μg·kg-1（干質(zhì)量）和94 μg·kg-1（干質(zhì)量）[61]。WHO設(shè)定的人體MC-LR的可接受每日攝入量為0.04 μg·kg-1，即對(duì)于一個(gè)60 kg的成年人來(lái)說(shuō)，每天的安全攝入量為2.4 μg。上述生菜葉片僅食用1 g也已經(jīng)超過(guò)WHO設(shè)定的指導(dǎo)值，而人體每次攝入量遠(yuǎn)超過(guò)1 g。因此，長(zhǎng)期食用被MCs污染的蔬菜顯然會(huì)給人類健康帶來(lái)嚴(yán)重危害。

3.2 MCs對(duì)作物生長(zhǎng)的影響

MCs 對(duì)作物生長(zhǎng)的影響機(jī)制較為復(fù)雜。首先，MCs能夠顯著影響作物體內(nèi)的激素水平，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，低濃度的MCs（如1 μg·L-1）可以增加水稻幼苗中的脫落酸（ABA）、生長(zhǎng)素（IAA）、赤霉素（GA3）和玉米素（ZT）的含量，這些激素的增加有利于促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)。然而，較高濃度的MCs（如10 μg·L-1及以上）會(huì)導(dǎo)致激素水平失衡，例如10 μg·L-1 的MCs 會(huì)使ABA 含量增加，使IAA 和ZT 含量降低，這種激素失衡會(huì)抑制作物的生長(zhǎng)[65]。MCs對(duì)作物的營(yíng)養(yǎng)吸收也有顯著影響。這主要是通過(guò)上調(diào)根系質(zhì)膜H+-ATPase的活性以及相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而，高濃度的MCs（如100 μg·L-1和1 000 μg·L-1）會(huì)抑制根系活力和質(zhì)膜H+-ATPase的活性，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)元素吸收能力下降，從而抑制作物的生長(zhǎng)[65]。此外，MCs可以通過(guò)引發(fā)氧化損傷來(lái)抑制細(xì)胞活性。例如，MC-LR在暴露初期會(huì)顯著上調(diào)抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）和過(guò)氧化氫酶（CAT）的蛋白豐度，并伴隨H2O2的過(guò)度積累，這種氧化損傷會(huì)抑制細(xì)胞的正常生理功能[66]。MCs 還能夠影響植物的光合作用效率。其對(duì)光合作用的抑制作用會(huì)直接影響作物的光能利用效率，從而限制其生長(zhǎng)和發(fā)育。不僅如此，MCs作為一種化感物質(zhì)，可能通過(guò)抑制其他植物的生長(zhǎng)，使微囊藻在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位，進(jìn)而間接影響作物的生長(zhǎng)環(huán)境。

本文對(duì)不同種類MCs及濃度暴露下常見蔬菜作物和糧食作物的理化、生物學(xué)性狀的變化進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)果如表2所示[52，59，63-64，67-86]。目標(biāo)MCs主要包括MC-LR、MC-YR、MC-RR、MC-LA、MC-AR 等亞型，含量在0.5～30 000 μg·kg-1之間。發(fā)現(xiàn)MCs對(duì)作物的毒性風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為影響作物種子發(fā)芽，抑制個(gè)體生長(zhǎng)、個(gè)體形態(tài)和酶活，干擾正常光合作用等。如將胡蘿卜暴露在10 μg·L-1的MC-LR中，其生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，可溶性糖和維生素C含量均降低[87]。此外，土壤中MC-LR和MC-RR也會(huì)導(dǎo)致一些蔬菜作物葉片出現(xiàn)枯黃的現(xiàn)象。菜豆暴露在一定濃度MC-LR下會(huì)引起其細(xì)胞氧化損傷，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化、谷胱甘肽減少以及超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）增加[79-80]。研究還發(fā)現(xiàn)MCs 對(duì)作物和對(duì)動(dòng)物的影響類似，都會(huì)抑制蛋白磷酸酶1和磷酸酶2A的活性，導(dǎo)致作物生理和分子水平損傷[80]。MCs對(duì)作物的影響包括整個(gè)生長(zhǎng)周期，可能導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低[88]，進(jìn)而影響農(nóng)民收入和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 總結(jié)與展望

藻華產(chǎn)生的MCs可通過(guò)灌溉、藻肥施用等途徑遷移進(jìn)入土壤環(huán)境中，其同時(shí)具有的極性和非極性基團(tuán)等特殊性質(zhì)使其極易在土壤中累積并能穩(wěn)定存在、難以去除。根際土壤中的MCs殘留會(huì)隨作物的吸收進(jìn)入作物體中，不同作物類型對(duì)MCs 的累積也存在差異，而同一作物類型對(duì)MCs的累積具有根gt;葉gt;莖的規(guī)律。MCs在作物體內(nèi)會(huì)抑制作物正常生長(zhǎng)、影響酶活以及一系列的生理生化性質(zhì)，而作物可食用部分累積的MCs也會(huì)進(jìn)一步通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康。

目前，根際土壤中MCs從土壤到作物體遷移的根系活化機(jī)制方面的研究還有待加強(qiáng)：（1）研究根際活化作用下土壤中MCs賦存形態(tài)及有效性變化；（2）根際活性物質(zhì)對(duì)土壤中MCs殘留釋放及向作物遷移轉(zhuǎn)化的影響；（3）探究阻控MCs進(jìn)入作物的途徑和方式，為減少M(fèi)Cs對(duì)作物生長(zhǎng)的危害，同時(shí)保證食品安全，阻止MCs沿食物鏈進(jìn)入人體提供參考。

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（責(zé)任編輯：潘淑君）