微囊藻(英文:Microcystis)水華微囊藻,是湖泊中常見的水華種類,廣泛分布于富營養湖泊,如滇池、太湖和巢湖等。
微囊藻是藍菌門、色球藻綱、色球藻目、色球藻科的一屬。該屬有25種,小行星3789有18種。微囊藻的特征是小型的細胞且沒有鞘的包覆。細胞常聚集成大至肉眼可見的群落,隨細胞數增多會逐漸出現孔洞并變不規則。微囊藻包含會造成有害藻華的銅銹微囊藻(Microcystis aeruginosa),其毒素(稱為微囊藻素,藻毒素)會導致肝臟、膽囊病變。
形態特征
如命名所顯示,微囊藻的特征是小型的細胞且沒有鞘的包覆。細胞常聚集成大至肉眼可見的群落,本為圓形,但隨細胞數增多會逐漸出現孔洞并變不規則。其原生質體的顏色為淺藍綠色,但充滿氣體的囊泡常會呈暗色,這是在光學顯微鏡下用來鑒別微囊藻的特征之一。微囊藻細胞呈球形,由多數細胞包在膠質物中形成不規則群體。群體膠被均勻無色。膠被中的共生微生物對群體的形成起到了關鍵作用。群體具無色、柔軟而有溶解性的膠被。細胞球形或長圓形,多數排列緊密;細胞淡藍綠色或橄欖綠色,往往有氣泡(假空胞)。
生活習性
微囊藻自由漂浮于水中,或附著于水中的各種基質上。多數生活于各種淡水中,罕生于海水或鹽水中。在某些種的大量繁殖時,往往在水面形成一種綠色的粉末狀團塊,稱做水華。
危害
該屬很多種形成藍藻水華,其中有一些種,例如銅銹微囊藻的毒株,含有微囊藻毒,它是由10個氨基酸組成的多肽,致死的最低劑量是每千克體重0.5毫克。不少動物吞食后中毒。
微囊藻素(Cicrocystins , MCs)是藻毒素中最常見的類型之一。微囊藻毒素具有顯著的肝臟毒性, 并且由多種不同藻類產生。微囊藻毒素是一組單環七肽物質, 其中有兩種可變氨基酸, 到目前為止, 根據甲基化、羥基化、表異構化程度以及可變氨基酸的不同, 已經發現了80 種不同的微囊藻毒素的亞型。以可變氨基酸為亮氨酸(L)和精氨酸(R)的MC-LR 為最常見、毒性最強而且被廣泛研究, 兩個可變氨基酸均為精氨酸(R)的MC-RR 毒性次之, 存在也很廣泛。由于其肝臟、腎臟等器官毒性以及強促癌性, 微囊藻素已被認為是嚴重威脅野生動植物以及人類健康的環境污染物并得到廣泛關注。
1 微囊藻毒素對植物及其它藻類的危害
MCs 是一種生態生長調節素, 可促使藍藻獲得競爭優勢.高濃度MCs 通過對水生植物產生化感作用與氧化脅迫而影響水生植物種類的多樣性;MCs 還可通過參與浮游植物種間的相互作用與種群調節改變浮游植物的群落結構.如,MC-LR 可以改變蘆葦幼苗的微觀結構, 并致使植株根部出現異常 .又如, MC-LR 以一種濃度依賴性方式, 抑制除自身以外的所有藍藻的生長.MC-LR 可在很多位點活動, 并通過能量約束干擾灰色念珠藻(Nostoc muscorum )、雷公菌(Nostoc commune )、筒形魚腥藻屬(Anabaena doliolum )和大型筒孢藻(Cyl inderospermum majus )等的固氮作用、呼吸作用及光合作用 .將與根瘤菌共生的蠶豆幼苗暴露在銅銹微囊藻抽提物中, 發現其影響蠶豆的生理和生物活性, 降低蠶豆的光合活性, 根瘤數和氮同化性。
2 微囊藻素對動物的影響
長期暴露于MCs 的魚類、蝦蟹等水生動物也會受MCs 危害.例如,MC-RR、MC-LR 和MC-YR 可在維多利亞湖羅非魚(Oreochromis niloticus )的不同器官(腸道、肌肉和肝臟)中富集 .分別以兩種藻類(藍藻為可產毒的水華魚腥藻, 綠藻門為月牙藻)飼養淡水貝類, 就會發現, 喂食水華魚腥藻的貽貝體內乙膽堿酶和脂質過氧化酶活性均比用月牙藻飼養的貽貝高, 即造成能量消耗和氧化應激性。
研究還發現MCs 主要以結合蛋白形式在牙漢魚(Odontesthes bonariensis )的肝臟和腸等組織中快速累積, 隨后雖可通過這些組織被消化, 但也會使這些組織受到損傷.Lance 等以阿氏浮絲藻(Planktothrix agardhii )產生的去甲基化MCs (dmMC-LR 、dmMC-RR)和MC-YR 處理椎實螺體(Lymnaeidae), 則其腹足、精子和卵母細胞中出現MCs 富集, 并導致其消化腺和腎受損.另外,MCs 還會對雄性兔子的生殖系統產生毒性損傷。總之,MCs 不僅以肝臟和腎臟為靶器官, 還會向心臟和其他器官如神經和腦部、呼吸系統、睪丸和附睪等發動攻擊, 破壞它們的結構或功能。
3 微囊藻素對人類的危害
國內外相關研究一致表明,MCs 可破壞細胞內的蛋白磷酸化平衡, 改變多種酶活性, 引起肝臟病變, 具有強烈促肝癌作用.接觸和飲用受污染水體、食用受污染食物、口服受污染藍藻類保健品、尤其是食用富集MCs 的水生動物等, 均可對人類健康帶來威脅 .如曾飲用澳大利亞新南威爾士州Malpas 水庫之水的高肝損傷率、我國廈門市同安地區、江蘇海門區、東南沿海地區的高肝癌死亡率、巴西Carurau 腎透析事件等均與MCs 污染相關 .無論是純的MCs 、濃縮物還是其稀釋水樣都能給人外周血淋巴細胞脫氧核糖核酸 帶來不同程度的傷害, 且劑量越大, 損傷越重.Chen 等以巢湖35 個專業漁民為對象, 研究了慢性MCs 暴露對其健康的影響.結果發現, 漁民血清中均存在MCs , 且其在血清中的含量與主要肝功能指標呈正相關.此外, 研究還發現, 烹會加劇鯉魚肌肉中的MCs 對食用者的危害。微囊藻素也具有很大危害性。其中一種常見的微囊藻毒素MC-LR對小鼠的半致死劑量(LD)約為50~100 μg/kg;長期飲用則通過干擾脂肪代謝引起非酒精性脂肪性肝病,進一步可能引發肝癌。動物實驗結果顯示,MC 對膽囊的影響很大,主要是使膽囊變硬、萎縮、顏色變成暗紅和深綠色(圖2)。流行病學研究發現飲水中微量微囊藻毒素與人群中原發性肝癌的發病率有很大相關性,慢性MC染毒引起了巢湖漁民實質性的肝損傷。1996年在巴西造成100多名急性肝功能障礙,7個月內至少50人死于藻毒素產生的急性效應,引起舉世矚目的關注。淡水水體中的藍藻毒素已成為全球性的環境問題,世界各地經常發生藍藻毒素中毒事件。
參考資料 >
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水聲學原位監測水體中微囊藻動態變化研究獲進展.中科院之聲官方賬號.2023-12-28
太湖藍藻今年提前爆發,你必須重視微囊藻毒素了!.生命科學與營養.2023-12-28
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水生動物體內的微囊藻毒素及其對人類健康的潛在威脅.中國濕地聯盟網站.2017-09-03