藻毒素的类型和特性

第一节　藻毒素的类型和特性

水华蓝藻中的微囊藻属、颤藻属、鱼腥藻属、念珠藻属等藻类的代谢产物——藻毒素对人和动物的饮用水安全构成严重的威胁。蓝藻毒素主要是细胞内毒素，当藻细胞破裂或腐烂分解后，毒素会被释放到水体中，人类在皮肤接触、饮用、食用水生动物等过程中可能会导致中毒。中毒症状一般表现为视力下降、呼吸急促、呕吐、腹泻甚至死亡。

一、藻毒素的类型

蓝藻毒素可分为3类：环肽、生物碱和脂多糖内毒素。根据致毒方式，可分为具有肝毒性的环肽毒素，微囊藻毒素和节球藻毒素，具有神经毒性的生物碱毒素，类毒素和石房蛤毒素，具有细胞毒性的生物碱毒素，拟柱胞藻毒素，具有皮炎毒性的生物碱毒素，海兔毒素和鞘丝藻毒素（见表4-1）。

表4-1 淡水蓝藻毒素的类型

二、微囊藻毒素的理化性质

微囊藻毒素（Microcystin，简称MC）是一类单环七肽（图4-1），这类毒素主要由微囊藻（Microcystins aeruginosa）产生，如绿色微囊藻（M. viridis）、惠氏微囊藻（M.wesenbergii），此外，鱼腥藻（Anabaena）、念珠藻（Nostoc）、颤藻（Oscillatoria）的一些种或株系也能产生这类毒素。目前所检测到的微囊藻毒素异构体已超过50多种。其中存在较普遍、含量较多、毒性较大的是MC-LR、MC-YR、MC-RR（L、R、Y分别代表亮氨酸、精氨酸、酪氨酸），由藻毒素引发的中毒事件大都与MC-LR有关，MC-LR的分子式为C₄₉H₇₄N₁₀O₁₂，分子量为995.2。

图4-1 微囊藻毒素的结构式

由于环状结构和间隔双键的存在，MC在水中非常稳定，不挥发，抗pH变化，在水中的溶解度达1000 mg/L以上。不易被吸附于颗粒悬浮物或沉积物中。MC在胃蛋白酶、胰凝乳蛋白酶中不水解，在去离子水中可在较长一段时间内（27天）保持稳定。MC具有良好的热稳定性，在120 ℃条件下灭菌30 min仍不分解，加热到300 ℃仍不被破坏，干燥的MC在室温下可完好保存数年。MC分子结构中含有羟基、氨基和酰氨基，所以在不同pH条件下，MC有不同的离子化倾向。

藻类产生MC的原因及其控制因素是目前的研究热点之一。尽管目前还不能确定蓝藻为什么会产生毒素，但藻毒素的生理作用是藻类进化和自我保护的需要已达成共识。关于MC的产生机理主要有以下两种观点：一种是环境因子影响或改变毒性；另一种是基因调控决定。

影响微囊藻毒素合成的环境因子较多，主要的有光照、温度、pH和营养元素等。Van der Westhuinzen等认为温度和光照对毒素均有影响，但温度的作用更大。他们发现铜绿微囊藻Uv006株在不同温度时毒性表现不同，温度不改变毒素结构，但改变毒素浓度。Utkllen发现温度在高强光下对毒素的产生几乎无影响，而在低光强下温度才会影响毒素的产生。因此，他认为光能是毒素产生的一个重要限制因子。在营养盐中，氮和碳的影响不明显，磷的影响明显。金属元素中Cd、Cr、Cu、Mn等对毒素产生无影响，而Fe和Zn的影响极明显。这些因子主要通过影响细胞分裂速度来控制毒素的产生，而不是直接作用于毒素产生的代谢途径，并且细胞分裂速度和毒素产量之间存在一定的线性相关关系。持毒素基因决定论者认为，微囊藻有毒株（Toxic strains）和无毒株（Nontoxic strains）具有不同的基因型，其毒性的遗传差异在于是否存在一种或几种编码毒素合成酶的Mcy基因。微囊藻毒素的合成可能是受到基因直接调控的多肽合成酶影响而间接受到基因的调控。无论基因决定论还是环境决定论都不是孤立的，实际上是相互联系相互作用的。虽然遗传因素有重要的生理作用，但环境因子可以影响基因的表达从而间接控制产毒特性。无毒藻在一定环境条件下可以产生基因突变转化为产毒株，产毒藻在一定环境条件下也可能不产生毒素。