藻毒素的生物降解研究进展

第32卷第5期2015年5月长江科学院院报JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteVo1．32No．5May2015DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2015．05．006藻毒素的生物降解研究进展2015，32(05)：28—36包子云，王沛芳，钱进。乔旭(河海大学a．浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室；b．环境学院，南京210098)摘要：近年来蓝藻水华污染产生的有毒代谢产物藻毒素对水生生态系统和人类健康构成严重的威胁。生物降解技术尤其是生物滤池由于运行维护费用低并且不产生有毒副产物，已广泛应用于去除藻毒素。然而，水处理过程中可能存在的生物降解多种藻毒素效果的信息少有收集，这在越来越多不同种类的藻毒素能同时在水源地中检测出来的情况下更加重要。综述了目前所有藻毒素生物降解性的相关研究进展，分析了影响藻毒素生物降解的因素，并探讨了目前藻毒素生物降解技术如何在水处理过程中应用优化去除藻毒素效果，为运用生物降解方法控制或去除各种藻毒素提供理论指导。关键词：藻毒素；生物降解性；影响因素；生物降解技术；水华污染中图分类号：)(524文献标志码：A文章编号：1001—5485(2015)05—0028—09近来全球气候变暖和水体富营养化现象加剧，极大地促进蓝藻在河湖水体中的生长_lJ，使水源地越来越频繁地形成蓝藻水华污染』。蓝藻水华对饮用水安全最大的威胁是其产生和释放的藻毒素。藻毒素主要分为3类：肝毒素(MC(Microcystin)、CYN(Cylindrospermopsin)和NOD(Nodularin))、神经毒素(ATX(Anatoxin—a)和STX(saxitoxin))及脂多糖内毒素。当前除MC生物降解研究已达到基因层面以外，其他藻毒素的生物降解研究都还相对缺乏。但是，越来越多不同种类的藻毒素能同时在水源地中检测出来_4j，由于这些藻毒素结构较稳定以及自身低浓度高毒性的特点，常规水处理工艺很难有效去除，而生物处理方法由于去除藻毒素的运行维护费用低而且不产生有毒副产物而受到广泛关注J。本文从蓝藻各种藻毒素的生物降解性、影响生物降解的因素和生物降解技术如何在水处理过程中应用和优化去除藻毒素效果对国内外藻毒素生物降解研究现状及发展趋势进行综述。1藻毒素的生物降解性生物降解藻毒素有成本低、安全性高、利于生态修复等优点，研究藻毒素的生物降解性是应用生物降解去除藻毒素的前提，以下对蓝藻产生的3类藻藩N／-I亮皇【酸谷氨酸(aRginine)—(⋯Leuciae)图1微囊藻毒素LR(MCLR)分子结构Fig．1Molecularstructureofmicrocystin-LR目前分离出的降解MC的微生物主要是鞘氨醇单胞菌属。也有研究表明其他菌种降解MC的，如胡梁斌等从被蓝藻水华污染的底泥中分离出一种甲基菌能有效降解MCLR，Manage等鉴别了3种分离菌(节细菌属、短杆菌属和红球菌属)能收稿日期：2014—02—10；修回日期：2014—04—20基金项目：国家重大基础“973”研究项目(2010CB429006)；国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07101—008)作者简介：包子云(1989一)，男，江苏常州人，硕士研究生，从事水环境保护与生态修复研究，(电话)15151845873(电子信箱)baoziyun1024@163．com。通讯作者：王沛芳(1973一)，女，河北保定人，教授，从事水环境保护与生态修复研究，(电话)13701475568(电子信箱)pfwang2005@hhu．edu．ca。长江科学院院报部分而不易被酶解。ATX可持久刺激肌肉细胞并导致瘫痪，并能抑制呼吸而致死。FaweU等建议ATX低于1g／L时可保证饮用水安全。Rapala等用原位采集的富含微生物的沉淀物对ATX进行降解试验，证明ATX在自然水体中就能稳定被生物降解，但是应用生物活性滤池比自然状态下降解快。目前仅Kiviranta等分离出一种假单胞菌能以2～10Ixg／mL／d的速度降解ATX。1．2．2贝类毒素(STX)STX主要由束丝藻、卷曲鱼腥藻、螺旋藻和柱孢藻产生J。STX能阻断神经细胞钠通道并在摄入较多情况下导致死亡。现在约有27种贝类毒素变体，最常见的是c一毒素、膝沟藻毒素(GTX)和贝类毒素(STX)。3种毒素中STX毒性最强(见表1)，结构见图5。Fitzgerald等提供STX的警报值为3g／L。表1贝类毒素的变种及毒性Table1Variationsandtoxicityofsaxitoxint。]异构体R1R2R3相对毒性R4=C0NH，HHH1．0o0GTX2HH0SO3—0．359GrI’)(H0S0一H0．638R=C0N