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1、1.2 微囊藻毒素污染现状与危害伴随社会工业化进程、国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，过量的氮、磷等植物营养物质进入天然水体，引起了富营养化现象。目前，水体富营养化己成为普遍性的世界性环境问题之一。联合国环境署的一项调查结果表明，全球 30%-40%的湖泊和水库等水体均受到了不同程度的富营养化的污染。( 2007 年环境状况公报)中指出，在我国 28 个重点国控的湖(库)中，V 类和劣 V 类水体占51.2%，主要污染指标为总氮和总磷。在检测的 26 个湖(库)中，重度富营养的 2 个，占 7.7%;中度富营养的 3 个，占 11.5%;轻度富营养的9 个，占 34.6%。水体的富营养化
2、现象往往导致藻类疯长形成水华，而水华的一个直接危害即是某些藻类可以产生具有致癌作用的微囊藻毒素。微囊藻毒素(MCs)是铜绿微囊藻属(Microcystis aeruginosa )、念珠藻属(Nostoc )、鱼腥藻属(Anabaona)及颤藻属(Oscillatoria)等藻类的某些品种或品系在代谢过程中产生的环状七肤类天然毒素。MCs 的分子量在 900-1100 之间，结构通式为“环(D 一丙氨酸一 X-D-MeAsp-Y-Adda-D 一谷氨酸-Mdha ) “，其中 Adda 结构为 3-氨基一 9 一甲氧基一 2, 6, 8 一三甲基一 10 一苯一 4, 6 一二烯酸，是一种特殊
3、氨基酸;D-MeAsp 是 D 一赤位一 p 一天冬氨酸;Mdha 是 N 一甲基脱氢丙氨酸;X, Y 位置为 2 种可变的 L 氨基酸，根据 X, Y 的不同， MCs可命名为 70 多种同系物，并利用这两种氨酸的名称对其命名。Adda基团是表达 MCs 毒性的特征基团，它立体结构的变化会使 MCs 的毒性受到影响，若被异构化或氧化时可严重影响其毒性。由于 MCs 中环和交替双键结构的存在，MCs 易溶解于水、甲醇和丙酮，不易挥发，在水中非常稳定，可在很宽的 pH 范围内稳定存在。而且由于MCs 的分子结构中含有竣基、氨基和酞氨基，在不同的 pH 时，藻毒素有不同的离子化倾向，在中性水体中表
4、现有疏水性，而且在MCs 自身结构的极性官能团的作用下，不易被吸附于水体颗粒悬浮物或沉积物中。干燥的 MCs 在室温下可完好保存数年。但是由于MCs 分子的 Adda 基团有 p 和 Y 双键，因此也易被化学手段氧化，同时也可以在自然条件下被缓慢的光化学降解和生物降解。鉴于 MCs 的种种危害，对其研究也是近年来的一个热点。己有研究结果表明 MCs 具有极高的细胞选择性和专一生物活性，主要的靶器官是肝脏。MCs 经饮水进入体内，通过胆汁酸的携带进入肝细胞后，会对丝氨酸和苏氨酸的蛋白磷酸酶醋 1 （PP1)和蛋白磷酸酶醋 2A （PP2A)的活性进行强烈地抑制，并使蛋白激酶和环加氧酶的活性相对地
5、增加，导致细胞内多种蛋白质的过磷酸化，使细胞内蛋白磷酸化/脱磷酸化的平衡被打破，抑制磷酸脱磷酞作用，使蛋白激酶补充的酞基积聚。这种生化效应还会通过细胞信号系统进一步被放大，继续影响多种酶的活性，造成细胞内一系列生理生化反应发生紊乱，最终使肝细胞骨架损坏或引发肿瘤增生，导致肝脏出血坏死直至个体死亡。MCs 进入肝巨噬细胞后，会诱导产生白细胞介素1 和诱导肿瘤坏死因子，这些因子能诱导产生血小板激活因子并激活环加氧酶，再进一步诱导产生前列腺素、血栓素及肿瘤坏死因子，从而引起肝的损伤和细胞炎症。另外，MCs 还是一种潜在的促肿瘤药剂，可通过影响细胞间隙通讯和信号传导等遗传外过程而诱发肿瘤。水华暴发时，
6、MCs 会造成部分鱼类死亡，并会使鱼类行为及生长异常、部分鱼卵变异。牲畜直接接触或饮用含有 MCs 的水会出现腹泻、呕吐、乏力、呼吸急促、厌食、口眼分泌物增多等症状，甚至会出现肝脏肿大、出血或坏死等病理病变，严重时会导致死亡。人体直接接触含有 MCs 的水(如游泳、划船等)会引起皮肤眼睛过敏及头痛、眩晕、恶心、呕吐等症状。少量喝入可引起急性肠胃炎，长期饮用会引发肝癌等疾病甚至死亡。藻毒素也可以通过食物链富集进入人体，危害健康。近年来，世界上许多国家和地区都曾发生过因 MCs 污染而引起人或牲畜中毒的事件。1991 年，英国多名士兵在富营养化的水中训练后出现肝脏酶学指标升高和类似流感的症状。 1
7、996 年，131 名患者在巴西 Caruaru 透析中心接受了常规透析治疗，8 个月后，其中100 名患者出现了急性肝衰竭的症状，最终有 76 人死亡，其中 52人归因于透析所用水受到了 MCs 的污染。我国每年原发性肝癌死亡数目高达 10 余万人之多，江苏海门、启东和扶绥地区是原发肝癌的高发地区，这与当地居民长期饮用含 MCs的水不无关系。流行病学研究调查发现:原发性肝癌的发病率与饮用水中的 MCs 含量有正相关关系， MCS 己成我国南方肝癌多发的重要诱因之一。水中存在较普遍、毒性较大藻毒素的是 MC-LR, MC-RR 和 MC-YR C L, R 和 Y 代表的氨基酸基团分别为亮氨酸
8、、精氨酸和色氨酸)，均有很强的肝毒性、细胞毒性和致癌作用，是我国南方肝癌高发三大环境影响因素之一，目前己成为国内外研究的热点。2004 年 WHO出版的饮用水卫生准则中将水中 MC-LR 安全限值暂定为 1 ug/L，我国生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006对 MC-LR 规定的限值也为 1 ug/L.1.3 隐袍子虫与隐袍子虫病隐抱子虫属于原生动物亚界(Protoaoa)、顶器门(Apicomplexa) ,抱子虫纲(Sporoaoea)、球虫亚纲(Coccidia)、真球虫目(Eucoccidida)、艾美尔亚目(Eimcriina) ,隐抱子虫科(Cryptosporidiida
9、e),隐抱子虫属(Cryptosporid ium) ,于 1907 年首次被 Tyzzer 在小白鼠组织切片中发现并命名。隐抱子虫是一种寄生性的原生动物，可寄生于多种动物和人的消化道及呼吸道的上皮细胞表面，引起临床或亚临床症状隐抱子虫的寄主种类繁多，目前从多种脊椎动物，包括哺乳动物、鸟类、爬行类、鱼类等分离的隐抱子虫己有 22 余种，基因型 50 多种隐抱子虫具有纲特异性，一般认为鸟纲和哺乳纲之间不互相感染。迄今为止，至少有 5 个种的隐抱子虫可感染人类.隐抱子虫卵囊形态为球形或椭球形，直径约 4-6 um，成熟卵囊一般由 4 个裸露的子抱子和残留体组成，子抱子为月牙形，其囊壁分为三层。隐抱
10、子虫的卵囊有厚壁与薄壁 2 种:厚壁卵囊数量较多，约占 80%，经粪便排出感染新的宿主，对恶劣环境的抵抗力很强;其余为另一种薄壁卵囊，可在宿主的肠道内脱囊造成自身感染。因此即使一次仅摄入少量的卵囊，就可引起感染。粪便中的卵囊需加以染色才能辨别。使用改良抗酸染色法对隐抱子虫卵囊染色可以得到对比性很强的结果:可观察到卵囊在蓝绿色背景下呈现玫瑰红色，残留体为暗黑色颗粒状。隐抱子虫的生活史可分为裂体生殖、配子生殖和抱子生殖 3 个阶段(图 1-1 所示)。人和牛及其它易感动物吞食成熟的卵囊后，卵囊在消化液的作用下破裂，释放出的子抱子先进入细胞内部形成纳虫空泡，进行无性繁殖。子抱子首先发育为滋养体，经
11、3 次核分裂后发育为工型裂殖体。裂殖子释出来后即开始感染其它上皮细胞，并继续发育为 II型裂殖体。II 型裂殖体成熟后内部含有 4 个裂殖子，这些裂殖子从 II型裂殖体释放出后将继续发育为雌、雄配子体，从而进入配子生殖阶段。雌雄配子结合后将形成合子，合子最终继续发育为薄壁和厚壁两种类型的卵囊。卵囊在宿主体内抱子化进入抱子生殖阶段。薄壁抱子的子抱子释放出后再次侵入宿主的肠上皮细胞，使宿主自身体内重复感染。厚壁卵囊是传播本病的病原体，随宿主粪便排出体外，少数可随痰液排出，进入环境中感染新的宿主。整个生活史约需 5 一 11 d 完成。隐抱子虫病呈全球性流行，六大洲 74 个国家有报道，至少300
12、个地区发现了隐抱子虫病流行现象，但在不同国家或地区的不同免疫人群中隐抱子虫病的流行情况不同。本病在寄生虫所导致的人体腹泻中占首位，主要侵害婴幼儿和免疫缺陷者，全世界每年约有 5000 万 5 岁以下儿童感染。腹泻是本病的典型症状。Lee 等在2000-2009 年间对首尔地区 6 座自来水厂的源水进行了调查，结果在22.5%的样品中发现了隐抱子虫，浓度分布在每 10 L 水 0 -22 个卵囊范围内，算术平均数为每 10 L 水 0.65 个卵囊。1993 美国的威斯康星州大密尔沃基市爆发了大规模的隐抱子虫病，约有 40.3 万人染病，造成的总损失达 9620 万美元56。1986 年，世界卫
13、生组织(WHO)将人的隐抱子虫病列为爱滋病的怀疑指标之一，2006 年又将其列入“被忽视疾病计划”名单。自从我国于 1987 年在南京市区首次发现了隐抱子虫病例开始，很多地区随之进行了隐抱子虫感染情况的调研，山东、湖南安徽、内蒙古、福建等省市均有病例报导。总体来看，我国 14 个省、直辖市、自治区腹泻儿童的隐抱子虫平均感染率为 2.14%，各地感染率约为 0.9%。田利光在我国中部安徽农村一项调查表明，当地生活饮用水隐抱子虫卵囊的阳性率为 30.43%，地表水的阳性率为55.56%，池塘水的隐抱子虫卵囊检出率高于河水，直接饮用受到隐抱子虫卵囊污染的桶装水可能是当地隐抱子虫感染的主要途径之一。湖
14、南省的调查结果表明雨季时隐抱子虫病的高发病较高，在门诊腹泻患者中感染率为 3.84%;成都市的一项调查中 5 个水厂源水中均检出隐抱子虫卵囊，含量为每 lOL 水中 2 一 22 个;青海省牧民中感染率高达 4.63%,云南省部分地区学龄前儿童和中小学生的感染率分别为8.51%和 6.25%，这可能与某些少数民族接触牲畜及饮用生水的习惯有关。隐抱子虫病又是艾滋病的常见并发症，调查表明 HIV 阳性人群中合并隐抱子虫感染率显著高于普通人群，具有统计学意义(P0.001 ) 。因此，隐抱子虫感染是一个不容忽视的公共卫生问题。1.4 藻毒素和隐袍子虫卵囊的控制技术4.1 物理方法对微囊藻毒素和隐袍子
15、虫卵囊的去除效果目前国内外去除 MCs 的物理方法大多应用吸收、吸附和过滤等手段，研究较多的是活性炭、氧化硅、碳纳米管、粘土矿物和膜滤等方法。活性炭可以有效地去除水中 MCs。活性炭吸附的机理主要包括物理扩散、静电吸附和降解作用，吸附效果特性与其材质和孔径密切相关。Pendleton 的比较研究结果表明使用木基活性炭可以得到比椰壳活性炭更好的处理效果。粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)对 MCs均有良好的去除效果，GAC 的效果要好于 PAC。有研究表明使用GAC 至少需要接触 15 min 才可取得较好的吸附效果。活性炭上还可负载其他药剂或微生物，以提高降解能力，但目前生物膜活性炭对
16、于 MCs 的去除作用与机理也尚待作进一步研究。赵亮等研究了氧化硅对微囊藻毒素 MC-LR 和 MC-LA 的等温吸附行为和机理。结果表明氧化硅有着良好的吸附效果，两种藻毒素的吸附率随氧化硅投量增加而上升。发现氧化硅对于分子质量较低的 MC-LA 具有明显的吸附倾向性，且表面上分布的“自由振动”化学基团在吸附过程中也表现出了相当重要的功能。石英砂对 MCs分子的截留效果不理想，Lambert 等的研究结果表明经砂石一煤的双层滤料过滤后再经过明矾混凝沉淀，水样中的 MCs 去除率可达 50%-60% 。 Morris 等。将滤料改换为高岭土后，藻毒素的去除率可提高至 81%，但考虑原料、设备、资金等因素，工艺的可行性并不高。闰海等研究了高岭土、海泡石、皂土等粘土矿物和碳纳米管对水体中 MCs 的吸附去除，结果表明以上矿物对 MCs 有一定的吸附能力，碳纳米管对 MCs 的吸附能力较强，吸附量比粘土矿物高 4 倍左右。膜技术可以去除水中绝大部分污染物。法国、美国己经开始在 1 万 m3/d 以上的水厂中使用膜技术的处理工艺。有报道表明:超滤、纳滤和反渗透等工
