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随着全球水环境不断恶化,世界各地的淡水水体出现不同程度的富营养化现象,而我国的淡水水体富营养化现象尤为突出。作为水体富营养化重要表征之一的蓝藻水华暴发已经逐渐成为我国主要淡水湖泊污染的重要特征之一。众所周知,蓝藻水华及其毒素的出现将严重威胁水生态系统的健康。在我国淡水水体中已出现的蓝藻毒素中,又以微囊藻水华和微囊藻毒素发生范围最广、持续时间最长、对人类健康威胁最大。
太湖、滇池和巢湖是我国颇具代表性的大中型浅水富营养化湖泊。在地理位置、气候条件及水体理化特点等方面存在诸多共性和差异,因此,是开展水体富营养化及蓝藻水华发生机制比较研究很好的对象。在蓝藻水华及毒素研究衍生出的诸多研究领域中,蓝藻毒素的自然归趋过程研究是其中一个十分重要的议题,对发展蓝藻毒素的去除技术,开展毒素风险评价具有重要意义。
大中型浅水湖泊是一类复杂的生态系统,诸多因素对蓝藻水华的形成、毒素的产生及其自然归宿过程产生影响。本文研究了太湖、巢湖、滇池微囊藻毒素的时空分布和变化规律,探讨了毒素的时空差异与蓝藻水华演替及其它理化因素的关系；在此基础上,研究了毒素在水产品中的积累规律。本研究结果为三大湖水环境和水质管理,尤其是蓝藻水华和蓝藻毒素污染的预防和控制提供了较为翔实的基础资料和科学依据。主要研究内容和结果如下:
1、提取是测定藻细胞中毒素关键的步骤之一,但目前国际上尚无统一的标准方法供参考使用。不同提取溶剂、提取技术可能获得不同的测定结果,这将给开展胞内毒素相关的风险评价等研究带来诸多不确定性。本研究探讨了提取不同类型微囊藻样品中细胞结合态毒素的最优方法,发现无论是室内纯培养物还是野外水华蓝藻样品,均需经过反复冻融三次以上才能达到微囊藻毒素提取的最高效率;室内单细胞纯培养物经反复冻融后,同时用超纯水辅以超声波破碎、搅拌等方法提取微囊藻毒素即可达到最高效率,在一定程度上避免了有机溶剂对实验人员身体的损伤。而对于野外水华样品,需用5％乙酸,接着80％甲醇才能达到最高提取效率；冷冻干燥和105℃烘干对藻细胞准确计算干重无显著影响。无论是室内纯培养物还是野外水华样品,三次提取可达到最大效率。
2、太湖、巢湖、滇池蓝藻水华和毒素污染程度在时空尺度上均有较大差异。本文综合比较研究了三湖微囊藻毒素污染的程度和变化规律,发现太湖在暴发蓝藻水华的季节,水体毒素浓度大部分高于WHO建议的安全值,水体溶解毒素只与细胞结合态毒素相关,而细胞结合态毒素含量与蓝藻生物量显著相关；巢湖水体毒素在十至十二月份超过WHO建议值,其它季节大部分在安全范围内水体毒素只与藻类毒素相关,与水温、营养盐等因子相关性不显著,而细胞结合态度素含量与蓝藻生物量、水体理化因子均无相关性；滇池水体毒素浓度除北部湖区极少数月份外,大多在1μg/L以下,体溶解态毒素只与细胞结合态毒素呈显著性正相关,与环境因子无显著相关性；太湖、巢湖水体毒素显著高于滇池水体毒素,而细胞结合态毒素含量则与之相反。
3、微囊藻毒素在水体中的自然归宿一直是近年来国际上争论的焦点之一。本研究综合考察了我国长江中下游平原地区和西南云贵高原地区不同水体微囊藻毒素在自然水体中降解途径的差异,发现太湖、巢湖、滇池水体中均存在微囊藻毒素的生物降解现象,但三者差异不大；太湖自然光对微囊藻毒素几乎无降解作用,而滇池自然光能很好降解微囊藻毒素,这可能是滇池水体溶解态微囊藻毒素持续较低的主要因为之一。
4、我国水产品产量居世界首位,淡水水产品已经是当前我国城乡居民摄取动物性蛋白质的主要食品种类之一。随着我国淡水水体富营养化和蓝藻水华污染的不断加剧,水产品中毒素的污染及其食用安全性问题关系到国计民生。本研究发现太湖、巢湖、滇池水产品微囊藻毒素积累均超过WHO建议的TDI标准；太湖水产品毒素积累水平最高,其次为巢湖,滇池最低；滇池韭黄中微囊藻毒素的积累与其灌溉水微囊藻毒素浓度均在WHO建议的安全范围内,但其毒素污染状况需引起重视；滇池控藻河蚌中微囊藻毒素积累水平与TDI相当；太湖水产品微囊藻毒素积累显著高于巢湖,可能与太湖水体微囊藻毒素污染相关。
5、毒素在水生食物链中的迁移转化一直存在较大争议。本文比较研究了太湖、巢湖不同食性和营养等级的水产品肌肉和肝脏中毒素的生物富集因子的差异和变化规律,发现太湖、巢湖水产品肝脏中微囊藻毒素积累显著高于肌肉,约为其3-20倍；太湖、巢湖不同食性水产品肌肉之间微囊藻毒素生物富集效应差异显著,主要呈现滤食性鱼类、肉食性鱼类>杂食性鱼类；太湖、巢湖不同食性水产品肝脏之间微囊藻毒素生物富集效应差异显著,主要呈现滤食性鱼类、肉食性鱼类>杂食性鱼类。太湖水产品肌肉和肝脏中微囊藻毒素积累与水体溶解态毒素相关,与藻类细胞结合态毒素无关,而肝脏中微囊藻毒素积累则与藻细胞结合态毒素相关；然而巢湖水产品肌肉和肝脏中微囊藻毒素积累与藻细胞结合态毒素显著相关,但与水体溶解态毒素无显著相关性；太湖、巢湖微囊藻毒素在水生态食物链中可能存在迁移转化甚至生物放大的现象,对人类健康会造成极大的潜在危害。