徐景景，易 秀，魏 茅

(长安大学环境科学与工程学院，陕西西安 710054)

微囊藻毒素对水稻产生毒性影响因素研究

徐景景，易 秀，魏 茅

(长安大学环境科学与工程学院，陕西西安 710054)

以水稻种子为实验材料，研究单纯的微囊藻毒素溶液及加入不同浓度、不同营养盐的微囊藻毒素溶液对水稻早期阶段生长的影响，试图找到有效抑制或降解微囊藻毒素毒性的营养盐种类及其浓度。选定MCRR 浓度为1 000μg/L，营养盐分别为 K2COM3、NH4CL、NaHCO3、(NH4)2SO4、NH4H2PO4、NH4NO3及腐植酸钠，营养盐溶液均有3.0 g/L、6.0 g/L、9.0 g/L及12.0 g/L四种浓度。试验条件下，用上述各种溶液对水稻种子进行分组灌溉，室温培养14天后测量各组水稻苗的株高和鲜重。实验结果表明:①1 000 μg/L的微囊藻毒素显著抑制水稻生长;②营养盐存在条件下，水稻的生长受抑制程度增强，盐浓度越高抑制作用越强，其中氯化铵抑制作用最强，腐植酸钠抑制作用最弱。

微囊藻毒素;营养盐;水稻;抑制

蓝藻是一种广泛生长在水体中的有害藻类，世界上25%～70%的蓝藻水华污染可产生藻毒素。其中，微囊藻通常是蓝藻水华中的优势藻株，而对应的微囊藻毒素(microcystins，MCs)则是一种在蓝藻水华中出现频率最高、产生量最大的、产生危害最严重的藻毒素种类。我国目前已经成为世界上蓝藻水华最严重、分布最广泛的国家之一，所以，我国受微囊藻毒素危害的程度较大、范围较广。微囊藻毒素(Microcystins，MCs)是结构为环状七肽的小分子肝毒素，具有60多种变体，毒性较大、含量较多的是MC－LR，MC－RR和MC－YR，其中L，R和Y分别为亮氨酸、精氨酸和酪氨酸。关于MCs的产毒机制［1］主要有两种观点:一种认为是由遗传学因素主导;另一种认为是环境因素主导。前者认为微囊藻有无毒性由遗传因素决定，后者认为MCs的产生受到生长期、光照、温度和营养条件等环境因子的限制，生长条件改变毒性也改变。

从 Pflugmacher等［2，3］首次报道微囊藻毒素在几种水生植物中的积累以来，越来越多的资料表明，微囊藻毒素可被植物吸收和代谢。尹黎燕［4］报道了MC－RR对枯草生长和发育的抑制作用以及在苦草内的吸收和积累;刘碧波［5］认为低浓度的 MC－RR(＜10μg/L)能促进农作物的生长，而高浓度的MC－RR(＞100μg/L)会显著抑制农作物(油菜和小白菜)的生长。Kurki－Helasmo等［6］研究表明，在高浓度暴露条件下，微囊藻毒素可以在植物组织中积累，其在表观性状正常的植株中积累的浓度可以高达5.3 mg/kg。

Bickel等［7］研究发现任何影响腺苷酸能荷的因素都会调节毒素的产生，且光照强度、营养盐的作用最大。Kondo［8，9］等人研究表明，在室温条件下 5% 的碳酸钾水溶液中可以产生谷胱甘肽和MC－LR的结合物，而这一结合过程正是微囊藻毒素在生物体内解毒的起始步骤。

近年来用含微囊藻毒素的水对水稻等农作物进行灌溉造成的危害已屡见不鲜，因此，非常有必要研究微囊藻毒素对水稻产生毒性的影响因子，从中找到有效抑制或降解微囊藻毒素毒性的影响因子。本实验通过在水稻生长过程中加入营养盐以期找到一种有效抑制或降解微囊藻毒素毒性的盐类，减小微囊藻毒素对水稻等农作物生长的危害。

1 研究方法

实验共设九组:一个空白组，一个1 000 μg/LMC－RR溶液组和七种盐处理组，每种盐处理设四个浓度(3.0 g/L、6.0 g/L、9.0 g/L、12.0 g/L)，共30 个处理，每个处理重复3次。所用盐溶液均用1 000 μg/LMC－RR溶液配制。所有萌发试验都在培养皿(φ90 mm)中进行，在培养皿底部有四层纱布。试验开始时，所有培养皿中都加入30 ml营养液使纱布湿润，种子置于纱布之上，每天加入适量营养液，使纱布一直保持湿润，直至试验结束。所有试验在实验室条件下进行。

试验开始后每天观测种子发芽率，待发芽率稳定后(七天后)，实验组开始分别加入相应浓度、相应种类的盐溶液，MC－RR组加1 000 μg/LMC－RR溶液，空白组还是只加营养液。一周后，测定水稻株高和鲜重。株高的测量利用直尺直接测量，鲜重则将整个植株取出，洗净根部培养基后用天平称量。

2 实验结果

2.1 不同盐类对水稻的毒性效应研究

空白组与1 000 μg/LMC－RR组水稻株高差异显著;空白组、1 000 μg/LMC－RR组与各试验组水稻株高差异显著。

相同浓度下，碳酸盐组与铵盐组(NH4NO3组除外)水稻株高差异极显著，这是它们属于不同的盐类造成的;K2CO3组与NaHCO3组水稻株高只在6.0 g/L浓度下呈极显著性差异，这很可能是它们同属碳酸盐的结果;除NH4NO3组外，其他各铵盐组的水稻株高呈极显著性差异，这极有可能是因为各铵盐的阴离子不同造成的;腐植酸钠组与各实验组的水稻株高均呈显著差异。

同一浓度下的水稻最高的是腐植酸钠组(仍低于空白组和MC－RR组)，其次是NH4H2PO4组、(NH4)2SO4组，最矮的是NH4CL组(见表1);同一营养盐下水稻鲜重与株高随浓度变化趋势一致，都随浓度增大鲜重下降(见图1)。

图1 各种处理下水稻平均鲜重

表1 水稻平均株高统计cm

2.2 同一种盐不同浓度对水稻的毒性效应研究

由株高T检验结果得知:空白组和1 000 μg/LMC－RR组水稻株高差异显著;同一种盐，每个浓度水平都与对照组和空白组呈显著性差异，随浓度的增大，水稻的株高逐渐下降(见表1)，说明加入营养盐的水稻生长受到了抑制，且浓度越高，抑制作用越强。随盐溶液浓度的增大，水稻高度下降最快的是K2CO3组和NaHCO3组，说明水稻对碳酸盐的浓度变化比较敏感。

1 000 μg/L微囊藻毒素组水稻株高和鲜重均低于空白组，说明1 000 μg/L的微囊藻毒素抑制了水稻的生长，这与尹黎燕等人的研究结果一致。

同一种盐，浓度越高，鲜重越轻(见表2)，这表明随盐浓度的增高抑制作用也在增强。

表2 水稻平均鲜重统计(g)

3 讨论

由株高和鲜重的处理结果可以看出:用1 000 μg/L MC－RR单独处理的MC－RR组与不做任何处理空白组水稻株高有显著性差异;用微囊藻毒素溶液配制的盐溶液处理组水稻株高和鲜重均明显低于空白组，且盐浓度越高(从3.0 g/L 到12.0 g/L)株高越低，鲜重越轻，说明在1 000μg/L MC－RR和各种盐同时作用时，水稻的生长受到了更严重的抑制，这种抑制现象极有可能是盐溶液促进了水稻对微囊藻毒素的吸收，使其体内微囊藻毒素浓度增大引起的，也有可能是因为盐溶液浓度过高造成的。关于营养盐对微囊藻毒素毒性的影响机理尚不清楚。为以后更好的研究微囊藻毒素的毒性，以及微囊藻毒素对农作物生长的影响，此类实验还应测定植株的根系活力和叶绿素含量等指标。

并作出以下几个方面的讨论:

①在碳酸盐等盐浓度过高的情况下，农作物的生长受到了抑制。

②在碳酸盐等盐浓度较低的条件下，碳酸盐等盐无法对MC的形态造成影响。

③离子强度的变化可能会对植物的生长产生影响。

④微囊藻毒素在碱性盐溶液中与谷胱甘肽形成结合物时，是否也会与该碱性盐发生反应，形成相应微囊藻毒素的盐类。如果是，它的水溶性是否更好，毒性是否更强?

这都有待我们进一步的研究。

4 结论

(1)1 000 μg/L的微囊藻毒素显著影响了水稻的株高和鲜重，抑制水稻生长。

(2)微囊藻毒素与上述七种营养盐共同作用时，对水稻的生长抑制作用增强，盐浓度越高抑制作用越强，且与氯化铵共同作用时抑制作用最强，其次是碳酸钾和碳酸氢钠，抑制作用最弱的事腐植酸钠。

(3)尽量避免用含微囊藻的水灌溉稻田，更应该避免施肥与含微囊藻的水同时进行。

［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］刘碧波.微囊藻毒素的检验及其在水、沉淀物和农田中的环境行为研究［D］.中国科学院水生生物研究所，2006.

［5］尹黎燕，黄家权，沈强，李敦海，刘永定.微囊藻毒素对沉水植物苦草生长发育的影响［J］.水生生物学报，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，在读硕士研究生，主攻方向:土壤污染与治理。

易秀(1965-)，女，青海西宁人，教授，博士，主要从事土壤与水资源环境污染防治的教学与科研工作。