微囊藻毒素對水稻產生毒性影響因素研究

徐景景，易 秀，魏 茅

(長安大學環(huán)境科學與工程學院，陜西西安 710054)

微囊藻毒素對水稻產生毒性影響因素研究

徐景景，易 秀，魏 茅

(長安大學環(huán)境科學與工程學院，陜西西安 710054)

以水稻種子為實驗材料，研究單純的微囊藻毒素溶液及加入不同濃度、不同營養(yǎng)鹽的微囊藻毒素溶液對水稻早期階段生長的影響，試圖找到有效抑制或降解微囊藻毒素毒性的營養(yǎng)鹽種類及其濃度。選定MCRR 濃度為1 000μg/L，營養(yǎng)鹽分別為 K2COM3、NH4CL、NaHCO3、(NH4)2SO4、NH4H2PO4、NH4NO3及腐植酸鈉，營養(yǎng)鹽溶液均有3.0 g/L、6.0 g/L、9.0 g/L及12.0 g/L四種濃度。試驗條件下，用上述各種溶液對水稻種子進行分組灌溉，室溫培養(yǎng)14天后測量各組水稻苗的株高和鮮重。實驗結果表明:①1 000 μg/L的微囊藻毒素顯著抑制水稻生長;②營養(yǎng)鹽存在條件下，水稻的生長受抑制程度增強，鹽濃度越高抑制作用越強，其中氯化銨抑制作用最強，腐植酸鈉抑制作用最弱。

微囊藻毒素;營養(yǎng)鹽;水稻;抑制

藍藻是一種廣泛生長在水體中的有害藻類，世界上25%～70%的藍藻水華污染可產生藻毒素。其中，微囊藻通常是藍藻水華中的優(yōu)勢藻株，而對應的微囊藻毒素(microcystins，MCs)則是一種在藍藻水華中出現頻率最高、產生量最大的、產生危害最嚴重的藻毒素種類。我國目前已經成為世界上藍藻水華最嚴重、分布最廣泛的國家之一，所以，我國受微囊藻毒素危害的程度較大、范圍較廣。微囊藻毒素(Microcystins，MCs)是結構為環(huán)狀七肽的小分子肝毒素，具有60多種變體，毒性較大、含量較多的是MC－LR，MC－RR和MC－YR，其中L，R和Y分別為亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。關于MCs的產毒機制［1］主要有兩種觀點:一種認為是由遺傳學因素主導;另一種認為是環(huán)境因素主導。前者認為微囊藻有無毒性由遺傳因素決定，后者認為MCs的產生受到生長期、光照、溫度和營養(yǎng)條件等環(huán)境因子的限制，生長條件改變毒性也改變。

從 Pflugmacher等［2，3］首次報道微囊藻毒素在幾種水生植物中的積累以來，越來越多的資料表明，微囊藻毒素可被植物吸收和代謝。尹黎燕［4］報道了MC－RR對枯草生長和發(fā)育的抑制作用以及在苦草內的吸收和積累;劉碧波［5］認為低濃度的 MC－RR(＜10μg/L)能促進農作物的生長，而高濃度的MC－RR(＞100μg/L)會顯著抑制農作物(油菜和小白菜)的生長。Kurki－Helasmo等［6］研究表明，在高濃度暴露條件下，微囊藻毒素可以在植物組織中積累，其在表觀性狀正常的植株中積累的濃度可以高達5.3 mg/kg。

Bickel等［7］研究發(fā)現任何影響腺苷酸能荷的因素都會調節(jié)毒素的產生，且光照強度、營養(yǎng)鹽的作用最大。Kondo［8，9］等人研究表明，在室溫條件下 5% 的碳酸鉀水溶液中可以產生谷胱甘肽和MC－LR的結合物，而這一結合過程正是微囊藻毒素在生物體內解毒的起始步驟。

近年來用含微囊藻毒素的水對水稻等農作物進行灌溉造成的危害已屢見不鮮，因此，非常有必要研究微囊藻毒素對水稻產生毒性的影響因子，從中找到有效抑制或降解微囊藻毒素毒性的影響因子。本實驗通過在水稻生長過程中加入營養(yǎng)鹽以期找到一種有效抑制或降解微囊藻毒素毒性的鹽類，減小微囊藻毒素對水稻等農作物生長的危害。

1 研究方法

實驗共設九組:一個空白組，一個1 000 μg/LMC－RR溶液組和七種鹽處理組，每種鹽處理設四個濃度(3.0 g/L、6.0 g/L、9.0 g/L、12.0 g/L)，共30 個處理，每個處理重復3次。所用鹽溶液均用1 000 μg/LMC－RR溶液配制。所有萌發(fā)試驗都在培養(yǎng)皿(φ90 mm)中進行，在培養(yǎng)皿底部有四層紗布。試驗開始時，所有培養(yǎng)皿中都加入30 ml營養(yǎng)液使紗布濕潤，種子置于紗布之上，每天加入適量營養(yǎng)液，使紗布一直保持濕潤，直至試驗結束。所有試驗在實驗室條件下進行。

試驗開始后每天觀測種子發(fā)芽率，待發(fā)芽率穩(wěn)定后(七天后)，實驗組開始分別加入相應濃度、相應種類的鹽溶液，MC－RR組加1 000 μg/LMC－RR溶液，空白組還是只加營養(yǎng)液。一周后，測定水稻株高和鮮重。株高的測量利用直尺直接測量，鮮重則將整個植株取出，洗凈根部培養(yǎng)基后用天平稱量。

2 實驗結果

2.1 不同鹽類對水稻的毒性效應研究

空白組與1 000 μg/LMC－RR組水稻株高差異顯著;空白組、1 000 μg/LMC－RR組與各試驗組水稻株高差異顯著。

相同濃度下，碳酸鹽組與銨鹽組(NH4NO3組除外)水稻株高差異極顯著，這是它們屬于不同的鹽類造成的;K2CO3組與NaHCO3組水稻株高只在6.0 g/L濃度下呈極顯著性差異，這很可能是它們同屬碳酸鹽的結果;除NH4NO3組外，其他各銨鹽組的水稻株高呈極顯著性差異，這極有可能是因為各銨鹽的陰離子不同造成的;腐植酸鈉組與各實驗組的水稻株高均呈顯著差異。

同一濃度下的水稻最高的是腐植酸鈉組(仍低于空白組和MC－RR組)，其次是NH4H2PO4組、(NH4)2SO4組，最矮的是NH4CL組(見表1);同一營養(yǎng)鹽下水稻鮮重與株高隨濃度變化趨勢一致，都隨濃度增大鮮重下降(見圖1)。

圖1 各種處理下水稻平均鮮重

表1 水稻平均株高統(tǒng)計cm

2.2 同一種鹽不同濃度對水稻的毒性效應研究

由株高T檢驗結果得知:空白組和1 000 μg/LMC－RR組水稻株高差異顯著;同一種鹽，每個濃度水平都與對照組和空白組呈顯著性差異，隨濃度的增大，水稻的株高逐漸下降(見表1)，說明加入營養(yǎng)鹽的水稻生長受到了抑制，且濃度越高，抑制作用越強。隨鹽溶液濃度的增大，水稻高度下降最快的是K2CO3組和NaHCO3組，說明水稻對碳酸鹽的濃度變化比較敏感。

1 000 μg/L微囊藻毒素組水稻株高和鮮重均低于空白組，說明1 000 μg/L的微囊藻毒素抑制了水稻的生長，這與尹黎燕等人的研究結果一致。

同一種鹽，濃度越高，鮮重越輕(見表2)，這表明隨鹽濃度的增高抑制作用也在增強。

表2 水稻平均鮮重統(tǒng)計(g)

3 討論

由株高和鮮重的處理結果可以看出:用1 000 μg/L MC－RR單獨處理的MC－RR組與不做任何處理空白組水稻株高有顯著性差異;用微囊藻毒素溶液配制的鹽溶液處理組水稻株高和鮮重均明顯低于空白組，且鹽濃度越高(從3.0 g/L 到12.0 g/L)株高越低，鮮重越輕，說明在1 000μg/L MC－RR和各種鹽同時作用時，水稻的生長受到了更嚴重的抑制，這種抑制現象極有可能是鹽溶液促進了水稻對微囊藻毒素的吸收，使其體內微囊藻毒素濃度增大引起的，也有可能是因為鹽溶液濃度過高造成的。關于營養(yǎng)鹽對微囊藻毒素毒性的影響機理尚不清楚。為以后更好的研究微囊藻毒素的毒性，以及微囊藻毒素對農作物生長的影響，此類實驗還應測定植株的根系活力和葉綠素含量等指標。

并作出以下幾個方面的討論:

①在碳酸鹽等鹽濃度過高的情況下，農作物的生長受到了抑制。

②在碳酸鹽等鹽濃度較低的條件下，碳酸鹽等鹽無法對MC的形態(tài)造成影響。

③離子強度的變化可能會對植物的生長產生影響。

④微囊藻毒素在堿性鹽溶液中與谷胱甘肽形成結合物時，是否也會與該堿性鹽發(fā)生反應，形成相應微囊藻毒素的鹽類。如果是，它的水溶性是否更好，毒性是否更強?

這都有待我們進一步的研究。

4 結論

(1)1 000 μg/L的微囊藻毒素顯著影響了水稻的株高和鮮重，抑制水稻生長。

(2)微囊藻毒素與上述七種營養(yǎng)鹽共同作用時，對水稻的生長抑制作用增強，鹽濃度越高抑制作用越強，且與氯化銨共同作用時抑制作用最強，其次是碳酸鉀和碳酸氫鈉，抑制作用最弱的事腐植酸鈉。

(3)盡量避免用含微囊藻的水灌溉稻田，更應該避免施肥與含微囊藻的水同時進行。

［1］Watanabe M.M.，Kaya K.，Takamura N.1992(b).Fate of the toxic cyclic heptapeptides，the microcystins，from blooms of Microcystins(Cyanobacteria)in a hypertrophic lake［J］.Journal of Phycology 28(6):761 －767.

［2］Pflugmacher S.，Wiegand C.，Beattie K.A.，et al.Uptake，effects，and metabolism of cyanobacterial toxins in the emergent reed plant Phragmites australis(cav.)trin.exsteud［J］.Environ Toxicol Chem，2001，20:846－852.

［3］Pflugmacher S.Promotion of oxidative stress in the aquatic macrophyte Ceratophyllum demersum during biotransformation of the cyanobacterial toxin microcystin－LR［J］.Aquatic Toxicology，2004，70:169－178.

［4］劉碧波.微囊藻毒素的檢驗及其在水、沉淀物和農田中的環(huán)境行為研究［D］.中國科學院水生生物研究所，2006.

［5］尹黎燕，黃家權，沈強，李敦海，劉永定.微囊藻毒素對沉水植物苦草生長發(fā)育的影響［J］.水生生物學報，2004，28(2):147－150.

［6］Kurki－Helasmo K.，Meriluoto J.Microcystin uptake inhibits growth and protein phosphatase activity in mustard(Sinapis alba L.)seedlings.Toxicon，1998，36:1921－1926.

［7］Bickel H，Lyck S，Utkilen H.1998.Dose the energetic state of microcystis cells affect the microcystin content Compilation of abstracts［A］，4th International Conference on Toxic Cyanobacteria［C］，39.

［8］Kondo F.，Ikai Y.，et al.Formation，characterization and toxicity of the glutathione and cysteine conjugates of toxic heptapeptide microcystins［J］.Chem Res Toxicol，1992，5:591 －596.

［9］Kondo F.，Matsumoto H.，Yamada S.，et al.Detection and identification of metabolites of Microcytins formed in vivo mouse and rat livers［J］.Chem Res Toxicol，1996，9:1355 －1359.

Research on Impact of Microcystin to Growth of Paddy

Xu Jingjing，YiXiu，WeiMao
(College of Environmental Sciences and Engineering，Chang＇an University，Xi＇an 710054，Shaanxi)

To find the nutrient solution to inhibit the effect of microcystin toxicity，the paper takes a series of experiments in which paddy are irrigated with pure microcystin solution and nutrient solution of different salt concentration and their impact to the early stage of paddy growth are recorded respectively.In the experiments，the MC －RR concentration is 1000μg/L and the salt added in pure microcystin solution are K2CO3，NH4CL，NaHCO3，(NH4)2SO4，NH4H2PO4，NH4NO3and sodium humate.All kinds of nutrient solution are made up in concentration of 3.0g/L，6.0g/L，9.0g/L and 12.0g/L.The plant height and fresh weight of paddy，which are grow in room temperature，are measured after 14 －day irrigation with nutrient solution of different concentration and different salt.The result shows that the inhibition of paddy growth increase along with the increase of the concentration of nutrient salt.The inhibitional effect of NH4CL solution is strongest，while that of sodium humate solution is weakest.

Microcystin，nutrient salt，paddy and inhibition

S511

A

1004－1184(2013)05－0058－03

2013-05-13

徐景景(1986-)，女，河南周口人，在讀碩士研究生，主攻方向:土壤污染與治理。

易秀(1965-)，女，青海西寧人，教授，博士，主要從事土壤與水資源環(huán)境污染防治的教學與科研工作。