太湖水华期间铜锈环棱螺藻毒素积累特征及影响因子研究

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近年来,蓝藻水华频繁暴发仍是太湖最严重的水环境问题之一,而水华暴发的危害之一便是可以产生毒性极强的蓝藻毒素,对水生生物和周边居民的生命财产安全产生严重威胁。其中,微囊藻毒素(MCs)是最为常见且研究最多的一种蓝藻毒素。MCs具有明显的肝脏毒性,能够抑制生物体中蛋白磷酸酶活性,引起内质网氧化应激、DNA损伤和细胞凋亡。在蓝藻水华较为严重的区域,MCs的大量存在势必会对水生生物产生严重的毒害作用,并可通过饮水和食物链的传递危及人类健康。作为太湖底栖动物中的常见优势种,铜锈环棱螺在提高湖泊水质、增加富营养化水体物种丰度以及提供水产养殖饵料方面均具有重要意义。由于铜锈环棱螺长期生活在水底且能够直接接触MCs,因此研究铜锈环棱螺在蓝藻水华暴发期的MCs的积累特征、来源和与环境因子的关系,对于加深MCs在湖泊生态系统中迁移、转化的认识,提供MCs的健康风险评价有着重要的意义。本文以铜锈环棱螺为研究对象,在2020年5月至11月,对太湖蓝藻水华严重的竺山湾中的水体、沉积物和铜锈环棱螺进行采样,以了解自然环境中铜锈环棱螺体内及其生境不同介质中的MCs含量水平、铜锈环棱螺的食物组成以及各种环境因子(p H、DO、水温)的变化情况。随后通过测定铜锈环棱螺体内抗氧化与免疫系统相关酶指标、代谢速率等的变化,分析环境因子和MCs积累对铜锈环棱螺的生理状态可能产生的影响。最后,将生境中浮游植物藻类组成作为控制因子,控制实验体系中有毒藻与无毒藻的比例,探究铜锈环棱螺的摄食特征,藻毒素积累与清除规律以及抗氧化和免疫系统的生理响应,来具体分析有无毒藻占比这一环境因子如何影响铜锈环棱螺的摄食选择性,MCs积累与生存状态。主要得到结论如下:(1)在蓝藻暴发期间,铜锈环棱螺体内MCs的积累量较高,其中肝胰腺MCs含量高于可食用部分。铜锈环棱螺体内MCs积累量与其壳高显著负相关,而与表层水和沉积物上覆水的胞内MCs浓度之间显著正相关。水草碎屑SC是环棱螺春季的主要食物来源(36.36%)、悬浮颗粒态有机物POM是铜锈环棱螺夏季秋季主要的食物来源(39.99%,38.49%),而不同食物来源的贡献率因不同季节有机质的含量的变化而改变。由食物组成可知,浮游植物中的产毒藻是铜锈环棱螺体内MCs的主要来源。由于太湖周边居民有食用铜锈环棱螺的习惯,而其可食用部分的MCs积累量较高,可能对居民造成潜在的健康风险。(2)太湖蓝藻水华期间,CAT活性未发生显著变化,而SOD活性先降低后增高,GST活性前期未显著变化而后期升高,MDA含量在5至7月下降后在后期保持稳定。LZM活性在采样期间先升高后降低,这表明水华期的多种胁迫也会刺激环棱螺产生氧化应激反应与先天免疫反应,但是长期也可能会对免疫系统造成损害。蓝藻水华期间铜锈环棱螺耗氧速率呈波动降低趋势,排氨速率在8、9月份相对较高,而其余月份较低,氧氮比在7月后骤减表明7月之前环棱螺主要以糖类与脂肪为主要代谢能量来源,而7月后蛋白质较多参与代谢过程。除SOD酶的活性与沉积物MCs含量以及表层水中的胞内MCs浓度成显著负相关外,其余生理状态指标(抗氧化与免疫系统与酶活性,代谢速率)与环境因子,生境介质和环棱螺体内MCs含量以及生物学指标之间无显著的相关关系。据此可以推测环棱螺的氧化应激、免疫反应与代谢速率的变化是生境理化因子与MCs综合作用导致的,具体的影响机制还需要进一步的室内实验探究。(3)在室内实验中,不同藻类组成条件下(包括无毒藻组,有毒藻组和混合藻组),铜锈环棱螺的清滤速率随着微囊藻比例增加先降低后升高,对微囊藻的滤食速率随着微囊藻比例的增加而先降低后升高,表明铜锈环棱螺在有毒藻所占比例不同时。在不同藻类组成下的会改变其滤食策略。MCs积累清除实验中,在积累阶段,有毒藻组环棱螺体内MCs含量高于混合藻组,有毒藻组和混合藻组中的MCs含量均呈现先增加后减少的趋势;在清除阶段,有毒藻组与混合藻组中环棱螺肝胰腺MCs含量出现波动下降趋势。在不同藻类组成条件下,抗氧化以及免疫系统相关酶活性均在积累阶段呈现先升高后降低的变化,但不同处理组之各类间酶活性无显著性差异。MDA的含量在无毒藻组中出现显著下降而在有毒藻与混合藻组无明显变化。这可能说明,有毒藻的存在会引起铜锈环棱螺的氧化应激与免疫反应,以减少机体的损伤,但有毒藻占比的变化对于抗氧化以及免疫相关酶活性没有显著影响。
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