王雪莹，董少杰，尤宏争，刘克明，戴伟，张树林，刘斌，毕相东,通信作者

小檗碱作用下养殖水体溶解性MCs含量变化及影响因子的研究

王雪莹1，董少杰1，尤宏争2，刘克明2，戴伟1，张树林1，刘斌1，毕相东1,通信作者

（1. 天津农学院 水产学院 天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300384；2. 天津市水产研究所，天津 300221）

为探究原位控藻过程中养殖水体中溶解性MCs含量变化规律及关键驱动因子，本试验以小檗碱作为杀藻剂，在蓝藻水华暴发盛期的淡水鱼类养殖池塘中，开展了杀藻剂作用下养殖围隔内水中溶解性MCs含量变化规律及其与水化学指标间相关性的研究。试验设置1个药物处理组（小檗碱浓度为4 mg/L）和1个对照组（未添加药物），每组设3个平行，试验为期8 d。试验结果显示：在小檗碱作用下，围隔内水中溶解性MCs含量随时间呈现先升高后降低的变化趋势，最高值出现在第三天，MCs含量最大值为4.514 μg/L。影响水中溶解性MCs含量的主要环境因子依次为NO3--N、NO2--N、NH4+-N，与其呈正相关，其中NO3--N与MCs呈显著正相关（＜0.05），PO43--P、CODmn与其呈负相关。

小檗碱；蓝藻；溶解性MCs；水化学指标

长期以来，养殖水体富营养化引起的蓝藻水华给淡水池塘养殖造成巨大危害[1-2]，尤其是对缺水更为严重的北方地区[3]，其主要危害是部分种类蓝藻会产生一种化学性质稳定的毒素—微囊藻毒素（Microcystins，MCs）[4]，其中以MC-LR、MC-RR和MC-YR 3种MCs的异构体最为常见[5]。正常情况下MCs主要储积于蓝藻细胞内，并被少量持续释放至水生态环境中，对水生动物产生强烈的毒害作用[6-7]，进而对水生生态系统平衡构成极大威胁[8]，因此在养殖生产中，应急处置蓝藻水华时会使用杀藻剂抑杀蓝藻。

课题组前期已开发基于植物间化感作用的化感物质抑藻剂—小檗碱，其持续抑藻效果好且不存在二次污染[9-10]。实际应用时，发现浓度超过4.0 mg/L以上的小檗碱具有很好的杀藻效果，但是应急处置养殖池塘蓝藻水华后，时常会发生养殖动物少量死亡现象，分析其原因可能是抑杀蓝藻过程中水体化学指标剧烈变化，更重要的原因可能与水体中MCs含量急剧增高有关。然而，迄今为止，有关抑藻剂作用下养殖池塘中溶解性MCs种类组成及其时空分布特征尚未见报道。因此，无法从MCs对养殖动物产生的危害及其关联的水产品质量安全角度科学指导使用抑藻剂防控养殖池塘蓝藻水华。

本试验研究小檗碱作用下养殖池塘中MCs含量的变化规律，并分析与其相关的主要水化学指标，以期摸索出小檗碱作用下MCs含量的变化规律，这将对实际养殖生产中MCs危害预警及其应急防控具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2017年6月29日-7月7日在天津市水产研究所淡水养殖基地进行。在暴发蓝藻的淡水鱼类养殖池塘尾水循环渠中，搭建底面直径1.2 m、高2 m的圆柱体围隔，围隔上部高出水面20～30 cm，下部伸入底泥，试验共建立6个围隔（图1）。试验初期蓝藻丰度为1.90×108个/L。小檗碱的浓度梯度设置为0 mg/L（对照组）、4.0 mg/L（试验组），每组设3个平行，试验期间定期监测水体溶解性MC-LR、MC-RR、MC-YR含量，以及硝酸盐（NO3--N）、亚硝酸盐（NO2--N）、氨氮（NH4+-N）、活性磷酸盐（PO43--P）和高锰酸钾指数（CODmn）。试验共进行8 d，泼洒小檗碱后6 h进行第二次采样，以后每24 h采样1次。

图1 养殖围隔搭建示意图

1.2 样品的采集

使用定制采水器（直径0.1 m、高1.5 m）采集整水柱水体，混匀，取1 L冷藏带回实验室用于水化学指标测定，另取1.5 L水样，过500目筛绢后冷藏带回实验室，用于萃取水中溶解性MCs。

1.3 试验方法

1.3.1 浮游植物和水化学指标的检测方法

浮游植物的定量方法参照《水生生物学》[11]进行，定性参照胡鸿均等[12]的方法进行。分别采用纳氏试剂分光光度法、重氮—偶氮比色法、锌镉还原法、钼酸铵分光光度法、碘化钾—碱性高锰酸钾法进行NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P以及CODmn含量的测定。

1.3.2 水中溶解性MCs含量的检测

标准品MC-LR、MC-RR、MC-YR（白色粉末，纯度≥95%）母液的制备、回收率以及水中溶解性MCs的萃取参照国标法进行（GB/T 20466-2006）[13]。其中提取液、淋洗液、洗脱液分别为90%的甲醇（色谱纯）溶液、20%的甲醇溶液、加0.1%三氟乙酸（分析纯）的甲醇溶液。高效液相色谱仪（安捷伦 1260 Infinity II）的检测条件为：流动相为0.05%三氟乙酸和60%甲醇，进样量为20 μL，色谱柱温为40 ℃，紫外可见光检测器波长为238 nm。

1.4 统计方法

采用Execl 2009、spss 19.0以及Canoco 4.5辅助进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水中溶解性MCs含量的变化规律

由图2可知，泼洒小檗碱后水中溶解性MC-RR与MCs含量都随时间呈现先升高后降低的变化趋势，试验结束时围隔中3种MCs的含量都高于起始值，且6 h后试验组中MC-RR、MC-YR含量始终高于对照组。加入小檗碱1 d（除第五天）后试验组中MCs含量始终高于对照组。试验开始时（0 h）对照组水中溶解性MC-LR＞MC-RR＞MC-YR含量。试验组MC-LR、MC-RR、MC-YR以及MCs含量变化范围依次为0.298～1.536、0.445～1.896、0.047～1.546、0.786～4.514 μg/L。MC-LR、MC-RR和MCs含量的最大值出现在小檗碱作用后的第三天，MC-YR含量的最大值出现在小檗碱作用后的第六天。

图2 水中溶解性MC-LR、MC-RR、MC-YR和MCs含量随时间的变化

2.2 水化学指标变化与MCs含量变化的相关性分析

对水中溶解性MCs含量与水化学指标进行RDA分析，结果如图3所示，图中1-10序号表示随时间依次进行的10次采样。由图可知：对照组中影响水体溶解性MCs含量的主要驱动因子依次为NO3--N、CODmn、PO43--P、NH4+-N，其中NO3--N与MCs呈显著正相关（＜0.05）（表1）。小檗碱处理组中影响溶解性MCs含量变化的主要水化因子依次为NO3--N、NO2--N、NH4+-N，与其呈正相关，其中NO3--N与MCs呈显著正相关（＜0.05），PO43--P、CODmn与其呈负相关。

图3 水中溶解性MCs含量与其关键驱动因子的RDA分析

表1 水化学指标变化与溶解性MCs含量变化的相关系数

比较项对照组试验组 NO2--N-0.0680.356 NO3--N0.695*0.804* NH4+-N0.1400.248 PO43--P0.225-0.999 CODmn0.563-0.148

注：“*”表示在0.05水平上显著相关

3 讨论

已有研究指出，MCs在蓝藻生长阶段主要储积于蓝藻细胞内，但在蓝藻死亡裂解后，胞内大量MCs被释放到水体中[14]，致使水中溶解性MCs含量快速升高。本试验中泼洒小檗碱6 d后，围隔水中溶解性MCs含量持续上升，1 d后水中溶解性MCs含量逐渐高于对照组。目前关于水中溶解性MCs含量变化的研究多集中在自然湖泊、河流和水库中[15-17]，对药物杀藻后水中溶解性MCs含量的变化规律报道较少。曹莹等[18]在对太湖MCs的检测中发现MC-LR含量高于MC-RR含量，本试验对照组0 h溶解性MC-LR＞MC-RR＞MC-YR含量，与上述研究结果相符。贾瑞宝等[16]研究指出即使在严重污染的水体中，溶解的MCs浓度范围通常低于10 μg/L。本试验与贾瑞宝等人研究结果一致，围隔水中溶解性MCs的含量最高值为4.514 μg/L，但在纪荣平等[15-17]的研究中，水中溶解性MCs含量均低于国家规定的饮用水中MC-LR含量标准1.0 μg/L，本试验水中MC-LR含量高于国家规定的标准含量值，最高达到了 1.536 μg/L。产生这种现象的原因可能是，本试验中使用小檗碱杀藻使得围隔中大量藻类死亡裂解，致使MC-LR含量短时间内大量增加。

已有研究指出水化学指标影响水中溶解性MCs的含量[19-20]，但已发表的研究中对水化学指标与水中MCs的相关性分析结果不尽相同。例如姜蕾、范亚民等[19,21]研究发现，水中MCs含量与NO3--N、COD呈正相关，与NH4+-N呈负相关；而张杭君等[20]对太湖流域水中MCs含量变化进行研究后发现，水中MCs含量与NO2--N、NO3--N、NH4+-N呈正相关，产生分歧的原因可能在于试验场所中蓝藻水华暴发的程度、水质等条件不同。本试验对照组影响水中溶解性MCs含量的主要水化因子依次为NO3--N、CODmn、PO43--P、NH4+-N，并与其呈正相关，其中NO3--N与MCs呈显著正相关（＜0.05），NO2--N与其呈负相关。小檗碱处理后影响水中溶解性MCs的主要水化因子依次为NO3--N、NO2--N、NH4+-N，与其呈正相关，其中NO3--N与MCs呈显著正相关（＜0.05），PO43--P、CODmn与其呈负相关。对照组与试验组出现这种相关性差异的原因可能是，试验组大量死亡裂解的藻类分解过程使得水体中水化学指标含量产生变动。

4 结论

围隔水中溶解性MCs含量在泼洒小檗碱后持续上升，第三天达到最大值后逐渐下降，影响水中溶解性MCs的主要水化因子依次为NO3--N、NO2--N、NH4+-N，与其呈正相关，其中NO3--N与MCs呈显著正相关（＜0.05）。PO43--P、CODmn与其呈负相关。综上所述，在实际生产中泼洒小檗碱后应尽快使用解毒剂，以免对养殖动物造成次生伤害。

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Changes of soluble MCs content in aquaculture water and its influencing factors under the action of berberine

WANG Xue-ying1, DONG Shao-jie1, YOU Hong-zheng2, LIU Ke-ming2, DAI Wei1, ZHANG Shu-lin1, LIU Bin, BI Xiang-dong1, Corresponding Author

（1. Key Laboratory of Aqua-ecology and Aquaculture of Tianjin, College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Tianjin Fisheries Research Institute, Tianjin 300221, China）

To explore the change rule of soluble microcystins (MCs) content and its key driving factors in aquaculture water in situ bloom control, berberine was used as algicide in freshwater fish culture pond during the peak period of cyanobacteria bloom, and the change rule of soluble MCs content in enclosure and its correlation with hydrochemical indexes were studied. Algicide-treated group with 4 mg/L berberine and control group without berberine were set up in triplicate. The experiment lasted 8 days. The results showed that the content of soluble MCs in the enclosed water treated with berberine increased first and then decreased, reaching the maximum value of 4.514 μg/L on the third day. The main driving factors affecting soluble MCs content positively were NO3--N、NO2--N and NH4+-N in turn, and NO3--N had significant positive correlation with soluble MCs content (<0.05). PO43--P and CODmnwere negatively correlated with soluble MCs content.

berberine; cyanobacteria; soluble MCs; hydrochemical indexes

1008-5394（2020）02-0048-04

10.19640/j.cnki.jtau.2020.02.011

S913

A

2019-05-15

国家自然科学基金面上项目（31772857）；天津市自然科学基金项目（17JCYBJC29500）；天津中青年创新骨干人才项目（无编号）

王雪莹（1992-），女，硕士在读，主要从事养殖水域生态学研究。E-mail：m13920508530@163.com。

毕相东（1980-），男，教授，博士，主要从事养殖水域生态学研究。E-mail：yl801123@aliyun.com。

责任编辑：张爱婷