论文部分内容阅读
微囊藻毒素(microcystins,MCs)是富营养化水体发生蓝藻水华时由铜绿微囊藻、鱼腥藻、颤藻等藻类产生的一类具有生物活性的环状多肽类生物毒素,具有强致癌、促肿瘤作用,是淡水水体中已发现的检出率最高、毒性较大、危害最严重的一类藻毒素,一直以来深受关注,因此对MCs在水环境和水生态毒理学领域开展了大量研究。另一方面,蓝藻水华或微囊藻毒素污染水体通过灌溉进入农田造成土壤污染,特别是治理蓝藻水华时,通常将其打捞上岸作为肥料还田利用,致使蓝藻细胞内高浓度微囊藻毒素释放出来严重污染土壤,危害农作物生长和农产品质量安全,对人体健康构成威胁。近年来,微囊藻毒素对陆生植物的毒害和累积研究逐步受到关注,已开展了零星研究,然而受分析技术方法的限制,对于实际农田土壤-作物(蔬菜)系统中典型微囊藻毒素的含量水平、分布特征、生理生态毒性和健康生态风险的了解还很有限,需要进行深入系统的研究。 本文研究建立了能同时测定土壤和蔬菜基质中多种痕量微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR和MC-YR)的分析方法;在区域尺度上采集典型蓝藻水华污染地区农田系统的土壤、蔬菜、灌溉水样品,对微囊藻毒素在土壤-蔬菜系统中的含量水平、分布特征和健康、生态风险进行了较为系统的研究;此外还探讨了典型微囊藻毒素对蔬菜种子发芽和幼苗生长的毒性。 主要研究内容与结论如下: 1、建立了同步提取、同时测定土壤中多种典型微囊藻毒素(MC-LR,MC-RR和MC-YR)的液相色谱-串联质谱分析方法。MC-LR,MC-RR和MC-YR的定量限(LOQ)分别为分别为0.25,0.25和0.50μg/kg,回收率分别为72.6%-97.4%,54.9%-62.8%和69.0%-90.7%;相对标准偏差(RSD)为4.3-16.9%。方法的灵敏度和准确度能够满足环境土壤中痕量微囊藻毒素的分析需要。 2、建立了不同蔬菜基质(生菜、空心菜、卷心菜、菜心、胡萝卜、白萝卜、马铃薯、南瓜、黄瓜、茄子)中痕量微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR和MC-YR)的固相萃取-液相色谱串联质谱分析方法。MC-LR、MC-RR和MC-YR的定量限(LOQ)分别为1.6-10.0μg/kg(dw),6.3-25.0μg/kg(dw)和5.6-25.0μg/kg(dw),方法的回收率为61.3-117.3%,精密度分别为0.2-17.9%(日内)和1.6-18.3%(日间),方法能够同时、快速、准确地分析多种蔬菜基质中痕量微囊藻毒素残留。 3、使用蓝藻水华污染水体进行灌溉的农田土壤和蔬菜中均不同程度检测出微囊藻毒素。蔬菜中MCs检出率和含量分别为:①滇池:100%,0.3-154.2 ng/g(dw);②星云湖:91.1%,ND-140.6ng/g(dw);③大沙河水库:97.4%,0.5-381.4ng/g(dw);农田土壤中MCs含量分别为:①滇池:0.9-12.7ng/g;②星云湖:ND-65.7ng/g;③大沙河水库:0.8-186.3ng/g。蔬菜和土壤中MCs组成、含量与灌溉水中MCs的组成与含量显著正相关。 4、不同类型蔬菜中,叶菜中MCs含量最高,其次为果实类蔬菜,根茎类蔬菜相对较低。影响蔬菜中微囊藻毒素含量高低的因素包括灌溉量、灌溉方式等。 5、食用蓝藻水华污染地区农田出产蔬菜MCs的摄入量为2.23-4.86μg/d,接近(滇池和星云湖)或超过(大沙河水库)成人每日允许摄入量2.6μg,风险指数为0.86-1.87。因此,食用蔬菜是人类对MCs暴露的重要途径之一。 6、农田土壤中MCs的健康风险和生态风险较低,均未超过可接受水平。其中产生健康风险的途径,儿童以口腔暴露为主,其次为皮肤暴露;成人的皮肤暴露量和口腔暴露量大体相当,呼吸暴露量对儿童和成人均可忽略。 7、根伸长抑制率、芽伸长抑制率和生物量抑制率与两种微囊藻毒素(MC-LR和MC-RR)的浓度之间存在良好的剂量-效应关系,MC-LR对白菜种子的毒性大于MC-RR。MC-LR和MC-RR对白菜根伸长的IC50分别为3.32mg·L-1和12.68 mg·L-1,对白菜芽伸长的IC50分别为10.93 mg·L-1和14.51 mg·L-1,对生物量的IC50分别为91.40 mg·L-1和3854.89 mg·L-1。 8、不同生理指标对两种微囊藻毒素MC-LR和MC-RR的敏感顺序依次为根伸长>芽伸长>生物量>发芽率。产毒蓝藻提取液对种子发芽影响高于实验室用纯品微囊藻毒素配制的水溶液,多种微囊藻毒素共存时有可能对种子发芽与幼苗生长的毒性具有协同作用。 10、MC-LR与重金属铬的复合污染实验表明,在Cr污染较为严重时,若存在低浓度的MC-LR复合污染,可降低Cr的生态毒性效应;反之,在MC-LR污染较为严重时,若存在低浓度的Cr复合污染,可显著增强MC-LR的毒性效应。MC-LR对白菜幼苗产生了氧化胁迫,抗氧化系统各指标对污染物的敏感程度高低为:Vit-C>POD>GSH>CAT>SOD>MDA;污染物对根部造成的氧化损伤比芽部更为严重。