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近年来我国淡水水体富营养化日益加剧，频繁暴发蓝藻水华，藻细胞释放的微囊藻毒素(microcystins，MC)对人类健康所造成的威胁已引起广泛关注，对于淡水富营养化、藻毒素污染的控制以及饮用水水源水中藻毒素的去除，成为了迫切需要重视的焦点问题。本课题对MC检测方法进行了优化，并利用水生植物滤床对水体MC污染治理进行了相关研究，对去除MC作用机理进行了初步探讨。
全文包括以下内容：
一、水环境微囊藻毒素污染检测的方法学研究
通过单因素分析，以及正交试验设计对样品前处理及高效液相色谱检测条件进行优化。结果表明，HPLC分析时，选用甲醇：0.05％TFA水溶液作为流动相进行梯度洗脱，对于MC-RR和MC-LR均获得较好分离效果，其检出限达0.02μg/L。优化得到的胞外藻毒素(EMC)水样前处理流程，简单、经济、实用，MC-RR、MC-LR平均同收率分别为88.9％、92.1％。对于总藻毒素(TMC)的前处理，冰乙酸处理法优于滤膜滤液分别处理法及超声探针破碎处理法。对于胞内藻毒素(IMC)的提取，沸水浴提取法优于75％甲醇提取法。对于水生植物体内藻毒素的提取，推荐使用75％甲醇进行第一次萃取，随后用5％乙酸提取两次。
初步建立荧光-蛋白磷酸酶抑制法(F-PPIA)藻毒素检测方法。F-PPIA法的MC-LRIC50为0.1μg/L，最低直接定量检出限为0.02μg/L，灵敏度相对之前报道的类似方法有所提高。该检测方法有较高的准确度和精密度，对水样的检测结果与HPLC法具有较好相关性。适于水样低剂量藻毒素快速筛选监测以及植物体内藻毒素含量的检测。
二、水生植物对微囊藻毒素作用的实验室研究
通过光照培养实验室试验进行了水生植物对微囊藻毒素的作用研究，对于植物因素在微囊藻毒素去除过程中的作用进行了分析，并对具体的植物作用机制进行了一定的探讨。
MC去除试验结果显示：水生植物表现出较好的藻毒素去除作用，空心菜和菰对微囊藻毒素的去除作用无明显差异，植物因素在藻毒素去除过程中发挥着重要的作用，尤其对于MC-RR的去除更为明显；光照因素对于植物去除MC-LR作用有一定影响，两因素的同时作用会加速藻毒素的去除。综合考虑，推荐空心菜、菰为以水生植物为核心构件的富营养化水处理系统的优选水生植物。水生植物对MC的生物富集作用试验结果表明，空心菜、菰对于水体中藻毒素具有吸收蓄积作用，空心菜富集作用强于菰，植物根部作用强于茎叶部。作用7天后，空心菜根部和茎叶部对于MC的生物浓缩系数(BCF)分别为0.737、0.293；而菰的根部和茎叶部对于MC的BCF分别为0.467、0.211。植物的吸收蓄积作用明显受到光照因素的影响，避光条件下植物根部对MC的吸收作用明显加强，菰根部的BCF增加到0.702。
三、水生植物滤床对富营养化水体微囊藻毒素作用的现场研究
1、水生植物滤床去除微囊藻毒素作用评价
对于水生植物滤床(APFB)对富营养化水体中微囊藻毒素污染的作用进行了系统研究，同时与传统的潜流式湿地系统(SCW)的处理效果进行了比较评价。结果显示，水生植物滤床对水体中藻毒素污染有较好的控制效果，其中对于总藻毒素的平均去除率为59.4％，胞外藻毒素平均去除率为50.0％，胞内藻毒素平均去除率为63.9％。水生植物滤床及滤床加潜流湿地复合系统(APFB+SCW)对水体藻毒素污染的控制效果均优于传统的潜流式湿地系统，其中对总藻毒素的平均去除率三者分别为59.4％、69.5％、48.0％。
水生植物滤床水槽中选种不同植物，组成不同的前后植物组合方式：空心菜-空心菜组合、茭白-空心菜组合、睡莲-空心菜组合。结果显示三种不同植物组合的APFB系统，对胞内、胞外藻毒素均有较好的去除效果，总体上三组间无明显差异。可兼顾综合价值，进行一些优选水生植物的搭配种值。
2、水生植物滤床对水体富营养化及微囊藻毒素作用的相关研究
利用APFB处理微囊藻毒素的同时，同步评价了系统对于一些常规富营养化指标的控制效果。结果表明，水生植物滤床对于藻细胞总数、叶绿素-a、TN、TP、CODMn均有较好的处理效果，处理效果总体上由大到小依次为藻细胞总数＞叶绿素-a＞TP＞TN＞CODMn，其中藻细胞总数、叶绿素-a去除率大都在80％以上。
常规富营养化指标去除率与藻毒素去除率相关性分析发现：系统对水体中总藻毒素的污染控制与常规富营养化指标(藻细胞总数、叶绿素-a、CODMn、TP)的控制效果呈现直线正相关性。提示藻毒素可作为一辅助指标从健康效应角度来反映富营养化水体水质改善情况；水生植物根区的截留吸附吸收以及微生物的代谢分解作用可能是水生植物滤床处理上述常规富营养化指标和藻毒素的共同的主要机制。
多元线性同归分析发现，进水TN、TP、CODMn浓度、总藻毒素浓度对于APFB系统总藻毒素去除效果有显著影响。
3、水生植物滤床去除微囊藻毒素的机制探讨
应用荧光原位杂交(FISH)技术对空心菜APFB系统中植物根区的细菌状况进行检测，结果发现滤床湿地组中各采样点细菌总数均显著高于空白无植物对照组，平均高山2～4个数量级，湿地根区细菌量最高达1.2×1012cells/g。应用聚合酶链反应(PCR)技术，对APFB系统中有降解藻毒素作用的假单胞菌进行检测，结果显示，各采样点植物根区均检测出一定量假单胞菌的存在。综合APFB系统的细菌分布、假单胞菌状况及藻毒素去除情况可以推论出，APFB系统的高藻毒素去除率与微生物活动密切相关，尤其一些对微囊藻毒素有特异强降解作用的细菌的存在，促进了藻毒素的有效去除。水生植物根区丰富的生物膜，对MC及有降解活性的微生物具有吸附富集作用，为水体中MC的微生物高效降解创造了良好的反应环境。
利用荧光-蛋白磷酸酶抑制法(F-PPIA)对APFB系统中植物体内藻毒素含量进行检测，结果表明，Ⅰ级空心菜根部及Ⅱ级空心菜茎部分别检山2.074、1.360μg/kg.fw的总藻毒素。提示：在APFB水处理系统前段，植物的直接吸收富集是藻毒素的一个重要转归去路及处理机制。
综上所述，本研究得到以下初步结论：
1、水环境中微囊藻毒素污染的HPLC检测法，包括色谱条件以及EMC、IMC、TMC和植物体内MC的样品前处理方法，得到了优化；同时初步建立了荧光-蛋白磷酸酶抑制法(F-PPIA)藻毒素检测体系。为水样及植物体内微囊藻毒素含量分析提供实用检测工具。
2、水生植物有去除微囊藻毒素的作用，通过优选物种间的组合种植，可使以水生植物为核心的APFB系统在高效控制水体中微囊藻毒素污染的同时，产生较好的生态、经济、社会等综合效益。
3、APFB系统对藻毒素和常规富营养化指标的去除效果之间具有很强相关性。进水中TN、TP、CODMn、总藻毒素浓度等环境因子对于系统藻毒素去除效果有显著性影响。
4、微囊藻毒素去除机制探讨揭示：微生物的活动情况，尤其一些对MC有特异强降解能力的溶藻菌(如假单胞菌)的生物降解作用，促进了MC的有效去除；水生植物的截留吸附、直接吸收蓄积、促进光降解以及根区促进微生物降解等综合效应，使得植物因素在MC的降解去除过程中发挥了重要的作用；自然条件下的光化学作用对于MC的降解也起到了一定作用。微生物降解、植物的吸附吸收以及光化学降解可能是APFB系统中微囊藻毒素的主要转归途径。