微囊藻毒素与酚类和脂肪酸类化感化合物相关关系的研究进展

文章编号:1009-6094(2014)03-0338-04微囊藻毒素与酚类和脂肪酸类化感化合物相关关系的研究进展*李伟英1，石恬恬1，孔令云1，花文凤2，林志芬1(1同济大学环境科学与工程学院，上海200092;2上海海洋大学水产与生命学院，上海201306)摘要:从微囊藻毒素作为化感化合物的角度，简要介绍了微囊藻毒素的合成机理、理化性质和环境特征，重点分析了微囊藻毒素与其他化感化合物的相关关系，详细阐述了微囊藻毒素在藻类群落演替及水华中的作用，以推动人类对藻毒素本质作用的全面、科学的认识进程，从而更好地管理和利用藻毒素。关键词:环境科学技术基础学科;微囊藻毒素;群落演替;化感物质中图分类号:X17文献标识码:ADOI:10.13637/j．issn．1009-6094.2014.03.075*收稿日期:2014－01－21作者简介:李伟英，教授，博士生导师，从事水处理理论与膜处理技术研究，liweiying@tongji．edu．cn。基金项目:同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室自主研究(重点)项目(PCＲＲY11003);高等学校博士学科点专项科研基金课题(20100072110034985);中央高校基本科研业务费专项资金项目(0400219181)0引言微囊藻毒素(Microcystins，简称MCs)是蓝藻的微囊藻属、鱼腥藻属、颤藻属、念珠藻属的某些种和品系产生的次生代谢产物［1］，最早由Bishop等［2］于1959年从铜绿微囊藻NＲC－1中粗提得到。有学者认为，藻毒素属于藻类的初级代谢产物［3］，但目前的研究结果更倾向于认为微囊藻毒素是蓝藻的次生代谢产物。微囊藻毒素作为次生代谢产物，在藻类之间的相互竞争和协同进化中起着重要作用，对微囊藻自身或其他浮游植物有抑制或促进的效应，其重要的生态学意义可能在于使产生该毒素的藻类在水环境中具有竞争优势，推动水华的进程。同时，微囊藻毒素作为次生代谢产物，也对生态环境中其他生物的侵袭起着重要的防御作用，因此，对生态系统(尤其是动物和人类)有严重的负面影响。自从1878年Francis首次发现泡沫节球藻水华水能够引起家畜和家禽中毒死亡［4］以来，国内外因藻毒素引起的水生动物、鸟类、畜类甚至人类死亡的事件频繁发生。研究显示，藻毒素是一种致癌剂和肝毒素，其主要靶器官为肝脏［5］，通过与蛋白磷酸酶结合，导致细胞蛋白磷酸酸化度增高，引发哺乳动物肝细胞微丝分裂、破裂和出血及肝充血肿大、失血性休克死亡等病症。作为在蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的藻毒素种类［6］，微囊藻毒素成为目前环境科学领域研究的热点。已有研究主要集中在微囊藻毒素的去除与检测，以及微囊藻毒素对生态环境的负面影响(特别是对动物及人类的危害)等方面，而关于微囊藻毒素与生态环境之间本质关系的研究相对较少。因此，本文从该方面入手，分析微囊藻毒素与其他化感化合物的相关关系，并阐述微囊藻毒素在藻类群落演替和水华中的作用，以期推动人类对藻毒素本质作用的认识进程，从而更好地利用和管理藻毒素。1微囊藻毒素的主要性质微囊藻毒素(MC)是通过非核糖体途径合成的，其过程十分复杂［7－8］。1994年，Ｒinehart等［9］用13C、14C分别标记微囊藻毒素合成的前体，发现其合成途径是从Adda(3－氨基－9－甲氧基－2，6，8－三甲基－10－苯基－4，6－二烯酸)中的L－苯丙氨酸开始，逐步形成线性的微囊藻毒素前体，最后环化成一种环状七肽物质(图1)。环状结构和间隔双键的存在使MC具有很好的热稳定性，加热煮沸(水浴100℃，30min)均不能使其丧失毒性，而且混凝沉淀、过滤、加氯等自来水处理工艺也不能将其去除［10］;同时由于结构中羟基和亚氨基的存在，MC具有较好的溶解度，易溶于水、甲醇、丙酮等，在水中的溶解度达到1g/L以上［11］。因此，MC具有稳定的环境特征。研究表明，MC不易沉淀或被吸附于沉淀物和悬浮颗粒物上，而主要存在于水体中。但是，水环境中的MC含量因环境因素的不同和藻类生长阶段的不同而有差异，这是由于光强、温度、pH值、营养盐(N、P)等都会影响MC的产生。水环境中MC含量可直接影响藻类的生长，或间接通过影响水体中其他化感物质而对藻类等生物起到促进或抑制的作用。2微囊藻毒素与藻类其他化感物质的关系藻类化感物质主要分为五大类:酚类、萜类、脂肪酸、含氧杂环化合物和含氮化合物。微囊藻毒素是含氮化合物类的藻类化感物质，它与其他各类化感物质之间都可能存在复杂的相互关系，其中与较常见的两类藻类化感物质(酚类和脂肪酸类)［12］的相互关系研究最为深入。2.1微囊藻毒素与酚类化感物质的关系酚类化感物质是化感活性较强、组分较多的一类物质，其数量比所有其他类型化感物质的总量还要多［13］。因此，酚类化感物质是目前研究最多