微囊藻毒素在青菜体内的积累和一氧化氮对青菜氧化胁迫的影响

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随着城市工业化进程加快,环境污染日益加剧,水体富营养化已成为国内外普遍关注的环境问题。水体富营养化致使水质恶化,更严重的是异常增殖的藻类释放生物毒素--藻毒素,这些次级代谢产物严重危害了人类健康和生态安全。淡水藻类中的蓝绿藻属分泌的蓝藻毒素是污染范围最广的一类藻毒素,蓝藻毒素中又以微囊藻等产生的微囊藻毒素(Microcystins,MC)更应该引起重视,其中微囊藻毒素-LR是目前已知毒性最强、急性危害最大的一种淡水蓝藻毒素。基于此,世界各国和国际组织都以MC-LR为基准制定了藻毒素在饮用水中的标准。   尽管MC在饮用水中的标准已确定,但MC对陆生植物生长、生理方面的影响及其在食物链中存在的安全风险尚无明确的研究。青菜是中国日常消费量较多的一种蔬菜,首先,试验用不同浓度MC粗提液处理青菜幼苗,研究MC对其发芽、生长和丙二醛积累的影响,并用液相色谱/质谱联用法(LC/MS法)检测MC-LR在青菜幼苗体内的积累,以期为灌溉水中存在的藻毒素进入食物链的安全风险提供参考。接着,实验用适宜浓度外源一氧化氮供体硝普钠(SNP)溶液对青菜幼苗进行预处理,探讨其是否可缓解MC对幼苗的氧化胁迫。最后,为探讨蓝藻水华大量发生时,打捞的蓝藻经过发酵是否有潜力作为安全的有机沼液肥料,以及随着青菜生长期延长,MC是否可继续在其体内积累,实验用从太湖打捞并堆积发酵一个月的蓝藻发酵沼液,与清水进行高、中、低不同比例配比,从根部灌溉青菜,并用清水和化肥做对照,每次处理后测定青菜生物学性状和产量指标,同时检测MC-LR是否在青菜体内积累,为食品安全提供理论参考。研究有如下结果:   1、随着MC-LR处理浓度升高,青菜种子发芽率逐渐变小,从0.1mg/L处理开始受到显著抑制;MC-LR对青菜种子发芽势和发芽指数有相似影响,当MC-LR浓度为0.1和6.4 mg/L时,发芽势和发芽指数与对照相比显著降低;除最低处理浓度,种子活力指数随着藻毒素处理浓度的增加而逐渐减小。低浓度MC-LR处理增加了青菜幼苗的鲜重和干重,较高浓度处理对幼苗重量有明显抑制;当处理浓度大于0.025mg/L时,幼苗株高和根长随着处理浓度增加而减小,最高浓度处理对株高和根长的抑制率分别为68.62%和87.79%,此时藻毒素对根部的抑制程度大于对根上部分的抑制。青菜幼苗叶部和根部积累的丙二醛含量随着MC-LR处理浓度的增加而升高;同一个浓度处理,幼苗根部积累的丙二醛含量高于叶部,当处理浓度最高时,幼苗根部积累的丙二醛含量是叶部的1.88倍。   2、在MC-LR浓度为4.23mg/L,SNP最适缓解浓度为0.4mM前提下,用SNP预处理青菜幼苗,48h后可以显著缓解MC-LR对幼苗株高伸长的抑制;幼苗体内积累的活性氧含量和丙二醛含量均比单独MC-LR处理下降,丙二醛含量显著降低了35.7%;SOD、POD、APX活性和GSH含量都比单独MC-LR处理显著降低,与单独MC-LR处理相比,SNP预处理使GSH含量降低了10.05%,说明SNP预处理可缓解MC-LR对青菜幼苗造成的氧化胁迫。   3、通过一氧化氮探针检测青菜幼苗内源一氧化氮合成和积累,发现在MC-LR胁迫下一氧化氮合酶抑制剂的添加可降低青菜幼苗体内一氧化氮合成,由此推断,在MC-LR胁迫下,青菜幼苗体内一氧化氮的合成主要通过一氧化氮合酶(NOS)的介导。   4、蓝藻发酵沼液和化肥处理对青菜株高影响不明显;最后一次处理,中量蓝藻发酵沼液处理比清水对照的鲜重增加8.63%,其他对增加青菜鲜重无显著影响;低量沼液处理使青菜可溶性糖含量比对照高7.14%;低量和中量蓝藻发酵沼液处理显著提高了青菜维C含量,分别比对照提高了35.9%和22.5%;化肥处理使青菜体内的亚硝酸盐含量增加,第三次和第四次化肥处理后,青菜体内亚硝酸盐含量比对照分别增加了38.89%和23.97%,而每次处理后蓝藻发酵沼液不会增加青菜体内亚硝酸盐含量。   5、发芽试验中,MC-LR可被青菜幼苗吸收和积累,且处理浓度越高,吸收和积累量越多,而生物积累系数(BCF)则随处理浓度升高而逐渐变小;用蓝藻发酵沼液浇灌青菜,最后一次处理,对于中量沼液处理和高量沼液处理,MC-LR在青菜中积累量分别为13.93和17.70μg/kg FW,随着青菜生长期延长,MC-LR仍可在其体内积累。由此推断,用含一定浓度藻毒素灌溉水或发酵沼液浇灌青菜,或作为青菜的有机肥料,藻毒素的积累可能为食品安全造成潜在危险。   通过本实验研究结果,发现较高浓度藻毒素溶液对青菜幼苗生长具有一定抑制作用,还可对幼苗造成氧化胁迫,而用适宜浓度SNP溶液预处理可缓解这种胁迫。同时,用藻毒素粗提液和蓝藻发酵沼液处理不同生长期的青菜均可检测到MC-LR在其体内的积累,这可能产生潜在食品安全风险。
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