富营养化池塘中蓝藻毒素的危害及生态防控研究进展

马晶晶 ，　李红阳 ，　孙星星 ，　高　波 ，　蔡立旺 ，2，　何冲霄 ，2，　王　凯 *

（1.江苏沿海地区农业科学研究所，江苏盐城224002；2.盐城市农业科学院司法鉴定所，江苏盐城 224002）

随着水产养殖业集约化程度的提高，池塘富营养化现象已成为严重制约其发展的重要因素，而水体富营养化的主要表现就是蓝藻水华爆发。已发现与水体富营养化相关的蓝藻主要有微囊藻属、鱼腥藻属、颤藻属、束丝藻属和节球藻属，这些蓝藻主要通过分泌藻毒素对养殖水生动物产生危害，其中以微囊藻毒素（MCs）危害最大（孔赟等，2011）。 目前有关藻毒素毒性作用的研究主要集中在陆生动物等方面，而有关水生动物的研究则较少。鉴于此，本文主要针对目前有关蓝藻毒素对水生动物（鱼、虾、贝、浮游动物等）的毒害及生态防控措施进行综述，以期为池塘养殖水质修复提供借鉴。

1　蓝藻毒素

近年来，水产养殖中蓝藻水华频发，蓝藻水华可产生藻毒素影响水质，进而影响养殖动物免疫力。研究发现，地球上现存蓝藻150种以上，其中可以产生毒素的约有40种，鱼腥藻、束丝藻和铜绿微囊藻是最常见的产毒蓝藻，其形成的水华中50%～70%带有毒性 （严敏等，2005）。蓝藻毒素为蓝藻的次级代谢产物，主要有环肽、生物碱和脂多糖内毒素三种化学结构，其可对肝脏、神经、细胞和皮肤等组织器官产生靶向毒性（薛庆举等，2015）。微囊藻毒素（MCs）在世界各地最为常见且危害最严重，其化学结构为环状七肽具有显著的肝脏毒性。目前已发现约100种微囊藻毒素亚型，最常见的为MCLR（Zastepa等，2015）。

2　蓝藻毒素对水生动物的危害

研究表明，MCs对大部分动物（轮虫、桡足类、枝角类、虾蟹类、贝类、鱼类、蛙类和哺乳类动物）均有毒性作用（Preece 等，2015；Sabatini等，2011；乐 亚 玲 等 ，2011；Beattie 等 ，2003；Nandini 等 ，2000；Fischer和 Dietrich，2000）。 动物一般通过皮肤或鳃直接接触、摄食产毒蓝藻或已经累积毒素的动植物等途径摄入 MCs（Zhang等，2009），最终沉积在肝脏、肾脏、肠胃、心脏、生殖腺、胆囊、肌肉等组织内 （Hauser-Davis等，2015；Bieczynski等，2014；Best等，2001）。尽管有研究表明动物机体能一定程度经胆汁（Hauser-Davis等，2015）、肠细胞的谷胱甘肽转移酶介导的共轭作用和Abcc的顶膜运转体（Bieczynski等，2014）或半胱氨酸的共轭作用（Zhang等，2009）将MCs排出体外，但其清除能力有限。微囊藻毒素沉积在动物体内，容易造成机体肝细胞、肾细胞坏死和退化，鳃上皮细胞受损（Carbis 等，1997）， 生殖能力减弱 （Baganz 等，1998），幼体发育时间推迟、生长速度减缓（Cazenave 等，2006；Li等，2004；Bury 等 ，1995），影响成鱼摄食和繁殖行为（Baganz等，2004；Baganz等，1998）。另外MCs对水生动物的毒害程度与水华爆发时的密度、毒素含量、动物的种类、性别、年龄大小有关（Baganz等，2004）。

2.1蓝藻毒素对水生动物的组织病理损伤作用研究发现，微囊藻毒素进入鱼体后，能迅速到达肝脏，抑制蛋白磷酸酶活性，进而诱发鱼体肝脏、肾脏、脾脏、肠道、鳃等组织发生病理学病变（徐立红等，1998）。 Chen 等（2016）研究发现，当暴露在50～20mg/LMC-LR浓度下，斑马鱼出现脾脏淋巴细胞线粒体水肿、细胞核变形、核染色质收缩等现象，另外还发现斑马鱼肠绒毛损伤、肠道上皮细胞表层脱落及弥散性的肠细胞溶解，鳃丝充血、上皮组织水肿、上移并伴有薄片状融合。Wei等（2017）研究发现，MC-LR短期暴露下，斑马鱼出现肝脏血窦充血水肿、有淤血症状。大量肝细胞分解、细胞质染色变浅、细胞质高度浓缩甚至有部分细胞质消失，另外还出现大量炎性细胞。Preeti等 （2016）研究发现，当MC-LR暴露浓度为30 mg/d时，罗非鱼肝脏细胞出现空泡变性，肠道黏膜有轻微损伤。当暴露浓度为60mg/d时，肝细胞坏死、炎性细胞聚合、细胞结构彻底瓦解，同时伴随空泡化变性。罗非鱼鳃丝溶解、次级鳃片坏死、初级鳃片间隙扩大。肠道黏膜出现严重退行性和坏死性病变。Djediat等（2011）研究发现，食用阿氏浮丝藻可导致青鳉鱼（Oryziaslatipes）肝脏肿大、细胞间隙变大、细胞凋亡等。Fischer和Dietrich（2000）的研究结果表明，蓝藻毒素可导致鱼类肾脏肾小管、肾小球发生退行性改变。肾近端小管上皮细胞在藻毒素暴露1h后即发生损伤，主要包括单个管状细胞空泡化变性、坏死、细胞脱落，直至在肾脏皮髓质结合处发现管型蛋白。与此相反，在白鲢（Ferreira 等，2010）、斑马鱼成鱼（Wei等，2017）、雌性斑马鱼（Hou 等，2015）等的研究中就只观察到了肝脏病变，未发现肾脏病变。

2.2蓝藻毒素对水生动物抗氧化及免疫性能的影响氧化应激是指体内生化代谢过程中氧化与抗氧化作用失衡而引起活性氧的增加，导致某些生物分子的损伤，严重时会引起生物细胞功能紊乱甚至细胞死亡。研究表明，MCs能对水生动物产生氧化应激作用。Li等 （2003）在对鲤鱼（Cyprinuscarpio L.）进行MCs攻毒试验中发现，MCs能诱导ROS水平上升。Hauser-Davis等（2015）研究发现，长期生活在含有MCs咸水湖的罗非鱼（Oreochromisniloticus）肝脏的谷胱甘肽水平显著高于没有MCs侵染的罗非鱼。Pinho等（2003）发现，经铜绿微囊藻提取物的张口蟹（Chasmagnathusgranulatus），7 d 后肝胰脏过氧化氢酶和谷胱甘肽S转移酶活力显著升高。Hou等（2015）研究发现，在腹腔注射低浓度（50μg/kg体重）MC-LR 1 h后，斑马鱼有轻微不适反应，肝脏轻微损伤但能快速恢复，抗氧化酶活性升高，基因表达上调。相反，高剂量下（200μg/kg体重）斑马鱼呈现不适症状，狂游、严重肝损伤、抗氧化酶活性受抑制、基因表达下调。以上研究表明，MC-LR对水生动物抗氧化系统的影响可能受注射剂量调控，低浓度时出现正向调控，高浓度时为负向调控。

蓝藻毒素能显著影响鱼体内的免疫应答系统。 Chen 等（2016）研究发现，MC-LR（0、1、5 和20μg/L）暴露30 d能显著上调斑马鱼脾脏IFN-1和 IL-8（20μg/LMC-LR）及 IL-1β 和 TNF-α 转录水平（1μg/LMC-LR），显著增加肠道和鳃中IFN-1、IL-8、IL-1β、TGF-β 和 TNF-αmRNA 水平，表明斑马鱼能积极地调节自身免疫相关基因表达来应对机体组织损伤。Qiao等（2013）和Lin等（2017）分别研究了不同浓度蓝藻毒素对鲫鱼和斑马鱼免疫性能的影响。结果发现，低剂量蓝藻毒素能激活鱼体免疫性能，而高剂量时则具有明显的免疫抑制作用。以上研究表明MC对水生动物免疫系统的调控与抗氧化系统相似，同样具有双向性。

2.3蓝藻毒素对水生动物繁殖性能的影响蓝藻毒素可直接或间接影响两个途径对水生动物繁殖性能产生危害。直接影响主要包括蓝藻毒素对水生动物成体性腺组织和胚胎的危害，间接影响则是通过影响水生动物行为学、“下丘脑-垂体-性腺”轴而对水生动物繁殖性能产生毒性作用。直接影响方面，研究发现MCs能损害成鱼的生殖系统，引起雌性卵黄减少，卵巢组织细胞溶解，破坏滤泡细胞和卵母细胞的联系；扩大睾丸的胞间连接和线粒体体积，影响精子的正常形成（Trinchet等，2011；Papadimitriou 等，2010）。Liu 等（2014）发现MC-LR可通过损害精子和卵子质量，进而影响斑马鱼子一代的发育。Smutná等（2014）发现，MC能严重削弱大型溞（Daphnia magna）的生殖能力，并推迟其第一次产卵的孵化时间。另外，蓝藻毒素具有较强的胚胎毒性。研究发现，微囊藻毒素可导致斑马鱼胚胎器官发育迟缓、出现畸形，血流减速，尾巴背弓，严重时还会出现外包异常（表现为原肠外凸），不能发育成幼虫（Oberemm等，1997）；腹足类胚胎发育变缓，孵化成功率和后代存活率降低（Lance等，2011），对双壳类生物胚胎发育也有负面影响，且具有垂直传递效应（Puerto等，2011）。 间接影响方面，Chen等（2016）研究发现，MCs还可通过间接影响 “下丘脑-垂体-性腺”轴而对水生动物繁殖性能产生毒性作用。Baganz等（1998）研究发现，MC可改变斑马鱼活动习性，导致其行为异常，进而影响其繁殖和存活。当暴露在低浓度MC-LR下，斑马鱼在白天的活动性增强，增加毒素浓度则白天活动明显减少，而夜间活动性却显著增强。

3　蓝藻毒素危害的生态防控措施

蓝藻毒素对水生动物生长、繁殖、抗氧化及免疫性能等均会产生不利影响，在实际生产中应特别注重防范蓝藻的爆发。杀藻是最简单、快速清除蓝藻的方式，但盲目杀藻会引起藻类光合作用的产氧量降低，导致水体缺氧。另外，蓝藻死亡会产生大量藻毒素、硫化氢等，致使水生动物中毒和抵抗力下降，极易引发细菌性疾病。因此，越来越多学者开始探索蓝藻毒素的生态防控措施。

3.1构建立体生态养殖模式控制蓝藻生长根据养殖水生动物食性和生态位分布，构建立体生态型养殖模式是一种有效防范池塘蓝藻爆发的生态防控措施。底栖动物具有生物量大、滤食能力强、易于存活等特点，尤其是一些贝类具有很强的抗毒能力，对蓝藻水华的防范与控制具有重要的意义。Yang等（2012）研究发现，三角帆蚌肝胰腺对 MC-LR 累积能力最强为 （55.78±6.73）μg/g，有较强的抗毒能力，可被用来控制有毒蓝藻水华。Xie等（2007）对日本Suwa湖中鱼腥藻与微囊藻贝类富集的研究结果表明，淡水田螺肠道中MCs含量最高、富集能力强，其次是性腺和肝脏组织。Yuan等（2016）研究了克氏原螯虾对MC-LR的累积、解毒动力学及其抗氧化响应，发现在富集过程中，克氏原螯虾肠道中MC-LR累积量较多，而腹肌和鳃中累积量较少；净化过程中，腹肌和鳃毒性消失较快，而肠道组织则相对较慢。Galanti等（2013）研究发现，将淡水长臂虾放入含不同浓度MC-LR（1、10、50 μg/L）的养殖水体中，3 d 后虾体MC-LR 累积量达到（0.7±0.5）μg/g，然后将长臂虾放入干净的淡水中养殖，3 d后虾体MC-LR含量降至 （0.18±0.01）μg/g，表明长臂虾具有较强的MC-LR毒素解毒能力。

3.2筛选特定微生物降解蓝藻毒素生物降解是藻毒素自然降解的主要途径，目前分离筛选到的降解菌主要分属放线菌、厚壁菌、变形菌和真核生物。研究表明，单株降解菌即能降解微藻毒素。目前已分离出的嗜甲基菌（Methylobacillus sp.J10）（Hu 等，2009）、 不动杆菌（Acinetobacter guillouiae）A2 （Yi等，2015）、 真菌菌株 （kkuf-0955）（Mohamed等，2014）均对微囊藻毒素具有很好的降解作用。研究还发现，混合菌株对MCs的降解效果优于单菌株。藻类爆发后期湖水沉积物中 17%的微生物（Hyenstrand，50），污水处理厂出水中的微生物菌落，蓝藻爆发过的水体河底底泥（王莎飞等，2016），采用混合细菌培养物构建的生物降解系统（Tsao等，2017）均对 MCs具有快速降解的能力。采用固定化微生物技术固定微藻毒素降解菌，能增加微生物密度、提高降解效率。研究发现，活性炭纤维固定化藻毒素降解菌去除微藻毒素的效率明显高于非固定化藻毒素降解菌（袁媛等，2014）；采用聚酯树脂固定藻毒素降解菌B-9，可在24 h后降解90%以上的微囊藻毒素MC-RR，且2个月后其去除效率仍在80%以上（Tsuji等，2006）。

3.3利用水生植物抑制蓝藻生长生态生物耦合技术是解决水体富营养化的有效手段，其机理是利用水生植物与藻类竞争水中营养物质，水生植物自身产生克藻化感物质及植物根系吸附降解藻毒素的微生物来抑制藻类的生长。Isobe等（2014）研究发现，马齿苋（Portulacaoleracea）培养液能降解MC-LR的毒性，使其转化为未知的低毒化合物。Song等（2009）发现，水生植物滤床能显著去除藻毒素，总藻毒素去除率高达59.4%。Mohamed 等（2009）研究发现，浮萍（Lemnagibba）能有效吸收水体中的MC-LR。Romero-Oliva等（2014）的研究证实，在蓝藻爆发水域，水生植物对蓝藻毒素具有很好的吸收和生物转化能力。有关水生植物克藻作用的研究主要集中在凤眼莲（杨小杰等，2016）、穗状狐尾藻（Koerner等，2002）、金鱼藻和微齿眼子菜（鲜啟鸣等，2005）等方面。水生植物可通过分泌化感物质抑制藻类生长，其抑制藻的种类、抑制时间和抑制强度均与水生植物品种有关。另外多种水生植物共生可能会产生更强的克藻作用。以上研究表明，植物在蓝藻水华的生物防治中具有广阔的应用前景（王莎飞等，2016）。

3.4采用营养调控策略增强水生动物对蓝藻毒素的抵抗力除以上针对养殖水体蓝藻毒素去除的研究外，还可采用营养调控策略（如在饲料中添加抗氧化剂等化学保护剂）降低富营养化池塘中蓝藻毒素对水生动物的危害。Dong等（2010）研究发现，饲料中添加500～800 mg/kg谷胱甘肽（GSH）能显著降低摄食蓝藻粉饲料的黄颡鱼组织中微囊藻毒素含量。王琳等（2010）研究发现，饲料中添加硒和谷胱甘肽对淡水养殖罗非鱼在天然毒物微囊藻毒素胁迫下肝脏sGSTA、sGSTR和GPX基因转录具有不同程度的诱变，为饲料添加剂增强机体抗氧化能力提供了理论依据。张丽等（2014）、Monserrat等（2008）的研究证实，饲料中添加硫辛酸可以有效缓解蓝藻毒素对奥尼罗非鱼、鲶鱼的毒性作用。安振华等（2017）研究发现，虾青素能显著提高克氏原螯虾抗氧化酶（SOD和AKP）活性，显著提高MC-LR胁迫下克氏原螯虾的存活率、特定生长率和雌虾抱卵量。Guillén等（2013）研究发现，左旋肉碱可作为化学保护剂缓解筒胞藻菌胁迫下罗非鱼的中毒症状。Puerto等（2010）研究发现，饲料中添加适宜浓度的N-乙酰半胱氨酸（44.0 mg/d）可减少罗非鱼因藻毒素引发的组织损伤。

4　展望

水体富营养化已成为制约水产养殖业可持续发展的重要因素，亟需构建池塘养殖水体富营养化修复技术。近年来，有关蓝藻毒素致毒机理、防控等方面的研究已取得一定的成果，但在以下几方面仍需加强。

4.1水体原位修复技术尚需熟化加强生态浮床、人工湿地、人工生态基等对水体修复作用的研究，构建有效的“生态浮床-生态基-益生菌”组合的水质调控策略。

4.2植物化感物质筛选及产品开发尚需加强明确植物化感物质组成，筛选具有高效专一化感作用的水生植物，研究化感物质提取并开发成高效专一的除藻剂，力求安全、有效降低水体蓝藻含量。

4.3蓝藻毒素降解微生物筛选及固定化技术尚需完善筛选更有效、更专一的微生物降解菌株，研究不同菌株的配伍作用。筛选适宜的固定材料，进一步增强微生物在蓝藻毒素的降解作用。

4.4养殖动物抗蓝藻毒素营养调控策略尚需构建除采用抗氧化剂增强机体抗氧化能力外，还需研究中草药添加剂、微生态制剂等免疫增强剂的应用，筛选更多化学保护剂，提前预防蓝藻毒素的危害。

4.5蓝藻水华形成过程、影响因子、致毒机理等系统研究尚需开展研究各种环境因子、投喂因素等对蓝藻爆发的推动作用，明确蓝藻毒素的致毒机理，以期建立预警措施，防范蓝藻水华的大规模爆发。

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