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水体富营养化的最大危害就是水华。水华中60%～70%的藻为产毒藻,并可向水体释放微囊藻毒素(Microcystins, MCs)。青草沙水库位于长江下游长江口,是典型的河口水库。该水库供水规模占上海市原水供应总规模50%以上,受益人口逾1000万,保障青草沙水库水质具有深远的现实意义。MCs毒性强,性质稳定,常规水处理及煮沸均不能完全消除。短期暴露于大量的微囊藻毒素可以导致人类急性中毒,甚至死亡；长期暴露于低剂量的MCs可能对人群健康构成潜在威胁。MCs是强促癌剂,能抑制蛋白磷酸酶PPl和PP2A的活性。肝脏是其最重要靶器官。对于MCs所导致的遗传毒性研究多集中于肝细胞。近来研究表明,微囊藻提取物(Microcystis Extracts, MCE)能够诱导肾脏原癌基因c-fos、c-jun等的表达。而MCE致肾细胞的遗传毒性研究较少。基于此,本研究1)通过密切监测青草沙水库水质、藻类及其毒素的污染状况,判断水库的富营养化程度,确定优势藻,探索藻类演化趋势。2)获取青草沙水库水华MCE,并开展其对人胚肾HEK293细胞系的细胞毒性和遗传毒性试验,为风险控制提供依据。第一部分青草沙水库水质、藻类及其毒素污染现状青草沙水库是目前中国最大的浅层河口型水库,于2011年6月正式全线通水。水库水面积约66km2,有效库容4.35亿m3,规划供水规模为719万m3/d。其水质受上游水质、水量的直接影响,丰富的氮、磷等营养盐是富营养化的危险因素。2011年6月至12月,我们密切监测青草沙水库水质状况、藻类生长及微囊藻毒素的变化。1.采样点的设置与监测指标采样点依据《青草沙水库常规水质监测采样方案》设定,共设置11个采样垂线,为库首1#,中央沙2#,垦区南侧3#、垦区北侧4￥,库中5#、6#、7#,库尾8#、9#,取水口10#,库首闸外11#。监测指标包括：1)水质指标：总氮、总磷、高锰酸盐指数、叶绿素-a、水温、溶解氧、透明度、浊度、pH值、盐度、电阻率、电导率、溶解性总固体；2)藻细胞种属鉴定和藻细胞密度；3)5种MCs异构体：包括溶解性MCs和总MCs。2.研究结果1)青草沙水库水温呈明显的季节性变化趋势,四分位数范围20.3027.50℃：溶解氧多为Ⅰ类水质,四分位数范围7.89～9.82mg/L；透明度库首1#、中央沙2#、垦区南侧3#和库首闸外11#较低；pH值四分位数范围8.43～9.01,呈碱性：盐度7～11月趋于平稳,其四分位数范围0.15～0.19g/L,12月盐度有明显的升高,均值为0.30g/L；电阻率四分位数范围2.48～3.20×103Ω·cm；电导率四分位数范围313～402μs/cm；溶解性总固体四分位数范围156.5201.0mg/L。叶绿素-a含量与水温和CODMn呈显著正相关关系。2)根据修正的卡尔森指数法,青草沙水库CTSIM多在60～70之间,呈中度富营养化状态。3)8、9月份藻细胞密度高,四分位数范围为4.3×106个/L～5.9×106个/L。库外长江水11#采样点藻细胞密度多为105个/L,低于库内。4)6至8月,蓝藻比例明显提高,主要为微囊藻、颤藻、鱼腥藻、束丝藻；9至12月,硅藻占优势,主要为小环藻、颗粒直链藻、舟形藻。5)青草沙水库微囊藻毒素以MC-RR/YR/LR三种异构体为主；MCs水平6-8月含量及检出率较高；库中6#点、库尾北侧9#点及垦区北侧4#点水样微囊藻毒素检出率相对较高。第二部分青草沙水库微囊藻提取物的遗传毒性试验多数研究者使用肝细胞进行MCs的遗传毒性研究。近来研究表明,MCs也可能损害肾脏。然而,很少有研究者采用肾细胞进行遗传毒性评价。在遗传毒性检测领域,微核试验广泛应用。近来发展的胞质阻滞微核试验,因其解决了常规培养微核试验无法区分全部转化细胞和首次分裂细胞的动力学问题,得到相当大的发展。本研究开展MCE对HEK293的遗传毒性评价。1.样品的采集和MCE的获取2012年水华形成期间,用25#浮游生物网采集青草沙水库取水口水华样品,镜检发现微囊藻为优势藻,同时可见颤藻和鱼腥藻,这三种藻均为产微囊藻毒素的蓝藻。样品提取后用HPLC进行成分分析,每克冻干藻细胞MC-RR540.3μg、 MC-YR106.7μg、MC-LR311.8μg、MC-LW12.7μg、MC-LF10.3μg。2.微囊藻提取物对人胚肾293细胞的细胞毒性以含冻干藻细胞6.13×10-3μg/ml、6.13×10-2μg/ml、6.13×10-1μg/ml、6.13μg/ml、61.3μg/ml,613μg/ml的剂量染毒,进行CCK-8细胞毒性试验,结果表明,染毒剂量为冻干藻细胞613μg/ml时,平均细胞存活率为80%,小于该剂量存活率>90%。3.微囊藻提取物对人胚肾293细胞的遗传毒性采用胞质阻滞微核试验从染色体层面评估含MC-LR等的微囊藻提取物对人胚肾细胞系HEK293的遗传毒性。阴性对照为0.5%DMSO,阳性对照为1μmol/L的丝裂霉素C (MMC)。染毒剂量分别为含冻干藻细胞6.13μg/ml、61.3μg/ml、613μg/ml。结果表明,青草沙水库微囊藻提取物在61.3gg冻干藻细胞/ml,即MC-LR含量19.1μg/L剂量水平即可诱导人胚肾细胞系微核形成,导致染色体损伤,并且该作用具有剂量依赖性,提示青草沙水库微囊藻提取物可能具有遗传毒性。