專題1：水華與赤潮

專題1：水華與赤潮主講人：陳輝蓉藻類學

Phycology計劃中的專題水華與赤潮藻類與污水處理藻類固沙技術藻類與生物能源藻類中的生物活性物質(zhì)藻類基因工程水華與赤潮什么是水華與赤潮？

水華赤潮有關的藻類危害性主要在哪些方面？產(chǎn)生的原因？現(xiàn)有的治理手段水華（waterbloom）是淡水中的一種自然生態(tài)現(xiàn)象。絕大多數(shù)的水華是僅由藻類引起的，如藍藻（也稱為藍細菌）、綠藻、硅藻等；也有部分的水華現(xiàn)象是由浮游動物——腰鞭毛蟲引起的。“水華”發(fā)生時，水一般呈藍色或綠色。赤潮（redtide）是海洋中某些微?。?-20微米）的浮游藻類(主要是赤潮藻)、原生動物或更小的細菌，在滿足一定的條件下爆發(fā)性繁殖或突然性聚集，引起水體變色的一種自然生態(tài)現(xiàn)象．因赤潮生物種類和數(shù)量的不同，海水可呈現(xiàn)紅、黃、綠等不同顏色。水華與赤潮-概念中國淡水水華爆發(fā)狀況（陳能汪等2010）深圳的水華（2011.10.寶安料坑藍藻水華）深圳的水華（2011.10.豐澤湖隱藻和甲藻水華）水華與赤潮-相關藻類形成水華的藻類：包括藍藻，綠藻，硅藻，甲藻，隱藻等，產(chǎn)生危害的主要為藍藻水華束絲藻Aphanizomenon魚腥藻

Anabaena微囊藻

Microcystis螺旋藻

Spirulina形成水華的藍藻屬固氮科目絲狀Filamentous魚腥藻

Anabaena+念珠藻科念珠藻目項圈藻Anabaenopsis+念珠藻科束絲藻Aphanizomenon+念珠藻科節(jié)球藻Nodularia+念珠藻科擬柱胞藻Cylindrospermopsis+念珠藻科膠刺藻Gloeotrichia+膠須藻科顫藻Oscillatoria?顫藻科螺旋藻Spirulina-顫藻科非絲狀Non-filamentous微囊藻Microcystis-色球藻科色球藻目束球藻Gomphosphaeria-腔球藻Coelosphaerium-（adaptedfromOliverandGanf2000）水華與赤潮–水華藍藻毒素毒素靶器官產(chǎn)毒藍藻魚腥藻毒素Anatoxin神經(jīng)Anabaena,Planktothrix魚腥藻毒素-aAnatoxin-a神經(jīng)Anabaena石房蛤毒素Saxitoxin(PSPs)神經(jīng)Anabaena,Cylindrospermopsis節(jié)球藻毒素Nodularin肝臟Nodularia微囊藻毒素Microcystin肝臟Microcystis,AnabaenaNostoc,Planktothrix筒胞藻毒素Cylindrospermopsin肝臟Cylindrospermopsis(SivonenandJones,1999)NHOH3COCH3CH3CH3OOCH3NHCOOHNHCOOHONCH3CH2ONHMdhaD-GluD-AlaAddaD-MeAsp(6)(7)(5)(4)(3)(1)NHNH2H2NONHL-ArgNHCH3CH3OL-Leu(2)水華與赤潮–

微囊藻毒素微囊藻毒素LR（microcystinLR)環(huán)狀結(jié)構，具穩(wěn)定性由肽合成酶復合體合成通過膽汁酸轉(zhuǎn)運體進入肝細胞抑制蛋白磷酸酶活性，使多種蛋白過磷酸化微囊藻毒素對各級生物的危害巴西透析事件：1996年2月，131名患者在巴西Caruaru透析中心接受了常規(guī)透析治療。8個月后，在出現(xiàn)急性肝衰竭的100名患者中，共有76人死亡，其中52人被歸因于透析水中的微囊藻毒素。

巴西透析事件是一個特殊案例，也是惟一一起被確認的由微囊藻毒素污染引起的致命中毒事件。一般情況下，微囊藻毒素進入人體的途徑主要是通過飲用水和水產(chǎn)品，少部分通過水上娛樂活動或口服受到污染的藍藻類保健品。微囊藻毒素的急性毒性微囊藻毒素的慢性危害上世紀70年代，中國進行了第一次死因回顧調(diào)查。復旦大學公共衛(wèi)生學院前院長俞順章教授及其同事注意到，某些飲用溝塘水的地區(qū)肝癌死亡率比其他飲用深井水或自來水的地區(qū)高出10倍以上。之后，他與中國科學院水生生物所何家苑研究員等人合作，從溝塘水中分離出微囊藻毒素，并懷疑微囊藻毒素是肝癌的誘因之一。

俞順章等人進行的實驗表明，在小鼠中轉(zhuǎn)入乙肝病毒X基因，再引入黃曲霉素和微囊藻毒素，在這三個因素的復合作用下，約有一半的小鼠發(fā)生了肝癌。他們隨后開展的、長達10年以上的人群對照研究也得出結(jié)論，溝塘水中以微囊藻毒素為代表的藻類毒素可能是部分東南沿海地區(qū)肝癌高發(fā)的危險因素之一。

Yu,S.-Z.1989.Drinkingwaterandprimarylivercancer.In:PrimaryLiverCancer,Z.Y.Tang,M.C.WuandS.S.Xia,Ed.ChinaAcademicPublishers,NewYork,NY.p.

30-37毒素危險評價和含量標準-藍藻毒素毒素組織或國家最大可接受濃度微囊藻毒素Microcystin世界衛(wèi)生組織（WHO）1.0μgL-1澳大利亞1.3μgL-1加拿大1.5μgL-1新西蘭1.0μgL-1中國1.0μgL-1美國俄勒岡州1.0μgg-1魚腥藻毒素-aAnatoxin-a無官方指導值，建議指導值3.0μgL-1石房蛤毒素Saxitoxin無官方指導值，澳大利亞建議指導值3.0μgg-1（SvreckandSmith2004,Xie2007）赤潮（redtide）2010年8月大梅沙我國赤潮的高發(fā)區(qū)為：渤海灣、大連灣、長江口、福建沿海、廣東和香港海域。海洋赤潮藻類赤潮生物包括浮游生物，原生動物，細菌等；我國赤潮生物除原生動物的紅色中縊蟲外均為浮游植物（藻類）；有毒有害赤潮藻類以甲藻居多；深圳海域的赤潮藻種類球狀棕囊藻Phaeocystisglobosa

金藻。具游泳單細胞和群體膠質(zhì)囊兩種生活形態(tài)，能產(chǎn)生溶血毒素。血紅哈卡藻Akashiwosanguinea

甲藻門裸甲藻科。不產(chǎn)毒但能引起魚類死亡。深圳海域的赤潮藻種類深圳海域的赤潮藻種類夜光藻（Noctilucascintillans）甲藻，我國分布最廣的赤潮種類。深圳海域的赤潮藻種類中肋骨條藻（Skeletonemacostatum）硅藻深圳海域的赤潮藻種類海洋原甲藻（Prorocentrummicans）甲藻，無毒深圳海域的赤潮藻種類米氏裸甲藻（Gymnodiniummikimotoi

）甲藻，可產(chǎn)生麻痹性貝毒（PSP）深圳海域的赤潮藻種類鏈狀亞歷山大藻（Alexandriumcatenella）甲藻，可產(chǎn)生麻痹性貝毒（PSP）。Scanningelectronmicroscopeviewofcystsofthetoxicalga

Alexandriumtamarense.(PhotobyD.Wall,WHOI)水華與赤潮–

赤潮毒素

赤潮毒素被統(tǒng)稱為貝毒，赤潮對人體健康的影響主要是毒素通過食物鏈的傳遞而作用，導致人體的中毒甚至死亡。赤潮毒素（貝毒）

麻痹性貝毒（PSP）（

海洋藻類形成，存在于軟體貝類中）

腹瀉性貝毒（DSP）（癥狀較輕微）

神經(jīng)性貝毒（NSP）（

主要由短裸甲藻產(chǎn)生

）

西加魚毒（Ciguatera）（藻類分泌，魚體內(nèi)氧化作用轉(zhuǎn)化）健忘癥的毒素（ASP）（由一種神經(jīng)毒性氨基酸軟骨藻酸引起）以上毒素的一個共同點是：它們不是由貝類自身產(chǎn)生，而是其它海洋微生物在貝類中積存形成。水華與赤潮的危害惡化水體降低水體的透明度消耗水體的溶解氧向水體中釋放有毒物質(zhì)水華赤潮發(fā)生機理富營養(yǎng)化是水華與赤潮發(fā)生的物質(zhì)基礎和首要條件富營養(yǎng)化（eutrophication）在人類活動的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象。水文氣象和水體理化因子的變化是水華與赤潮發(fā)生的重要原因水產(chǎn)養(yǎng)殖的自身污染亦是誘發(fā)水華與赤潮的因素之一

氣候因素水體變化流域污染藻類過度生長氣溫上升干旱和洪水增加大壩，水庫漁業(yè)養(yǎng)殖水溫水停留時間氮磷含量(富營養(yǎng)化)pH水文氣象和水體理化因子的變化引起水華與赤潮發(fā)生水產(chǎn)養(yǎng)殖的自身污染亦是誘發(fā)水華與赤潮的因素之一

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,在養(yǎng)殖過程中,人工投喂大量配合飼料和鮮活餌料.池內(nèi)殘存餌料嚴重污染了養(yǎng)殖水質(zhì).另一方面,由于每天帶有大量殘餌、糞便的排換水排入水體中,加快了水體的富營養(yǎng)化,為水華、赤潮生物提供了適宜的生物環(huán)境.水華的科學治理控制外源營養(yǎng)物質(zhì)的輸入減少內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)的負荷

1.工程措施

2.物理化學措施

3.生物措施控制外源營養(yǎng)物質(zhì)的輸入1?？刂频?、磷對湖泊的繼續(xù)輸入?？刹扇嵤┫礈靹┙?；實施截污工程或引排污染源；強化水域的綜合整治；根據(jù)水環(huán)境中氮磷容量，實施總量控制。2。制定和完善水環(huán)境方面的法律法規(guī)。政府部門應嚴格加強管理，對那些效益不好且污染嚴重的企業(yè)堅決予以關閉，對新建項目嚴格把關。3。發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，有效控制農(nóng)業(yè)的污染。在農(nóng)業(yè)區(qū)大力推廣農(nóng)業(yè)新技術，改進施肥方式，合理種植農(nóng)作物，推廣新型復合肥等措施控制化肥的使用量。減少內(nèi)源營養(yǎng)物質(zhì)的負荷1．工程措施主要通過清淤挖泥、深水曝氣、湖內(nèi)下層水抽取、引水稀釋等措施。其中清淤挖泥操作起來成本高、技術難度大；深水曝氣主要是使湖底通過曝氣來補充氧氣，使在水與底泥界面之間經(jīng)常保持有氧狀態(tài)，利于底泥磷的釋放。引水稀釋主要是利用未經(jīng)污染的水來稀釋發(fā)生“水華”的湖泊，以此來降低湖中氮、磷等營養(yǎng)鹽的濃度，但成本也很高。2．物理化學措施這類方法包括用化學藥劑殺藻和凝聚沉降等。使用殺藻劑可殺死藻類。藻類被殺死后，死藻應及時撈出，或者再投加適當?shù)幕瘜W藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。對那些溶解性營養(yǎng)物質(zhì)如正磷酸鹽等，采用往水體中投加化學物質(zhì)使其生成沉淀而沉降。脫氮的物理化學方法有氨汽提法、沸石法和折點加氯法等。2．物理化學措施這類方法包括用化學藥劑殺藻和凝聚沉降等。使用殺藻劑可殺死藻類。藻類被殺死后，死藻應及時撈出，或者再投加適當?shù)幕瘜W藥品，將藻類腐爛分解釋放出的磷酸鹽沉降。對那些溶解性營養(yǎng)物質(zhì)如正磷酸鹽等，采用往水體中投加化學物質(zhì)使其生成沉淀而沉降。脫氮的物理化學方法有氨汽提法、沸石法和折點加氯法等。3．生物措施(1)種植沉水植被。沉水植被可以吸收固定水體的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，同時可以澄清水質(zhì)，并且還能為其它水生生物提供多樣化的環(huán)境，提高水體中的生物多樣性，維持水體的生態(tài)平衡。(2)實施生物操控。一是減少水體N、P富集量，二是增強捕食藍藻的強度。因此可以向水體中放養(yǎng)食魚性魚類，通過攝食降低以浮游動物為食的小型魚類的生物量，小型魚類的生物量的降低引起浮游動物生物量的上升，再通過浮游動物的攝食降低水體中浮游藻類、細菌、有機物的量。(3)生態(tài)修復。主要采取人工濕地的方法。在合適的地域上水處理系統(tǒng)可去除營養(yǎng)元素和降解有機物，處理后的水再回用于農(nóng)業(yè)和流入湖泊水體。濕地植物能大量吸收氮、磷等營養(yǎng)鹽；土壤可以吸附磷，從而減緩了水體富營養(yǎng)化的進程。赤潮的科學治理1.物理方法回收法2.化學方法①化學藥品殺除法②有機除藻劑治理法3.生物方法物理方法

回收法.用配備有吸水泵、離心分離機、凝聚槽、混合槽等裝置的赤潮回收專用船進行赤潮生物回收.

其方法是用吸水泵將赤潮生物大量聚集的海水抽吸到船上,加凝聚劑,加壓過濾或離心分離.或者抽取富含赤潮生物的海水,加入相當量的磁鐵礦(FeO),進行攪拌,通過電磁過濾,吸取吸附在磁鐵礦上的赤潮生物,經(jīng)離心分離,一次可除去80%的赤潮生物.日本曾進行過幾次大規(guī)模的海上試驗,效果良好.①化學藥品殺除法.將一個裝滿硫酸銅的布袋放在小船后面拖曳(或用飛機或其他工具噴灑硫酸銅溶液),讓硫酸銅慢慢地溶解在水中以殺死赤潮生物.同時,可以用飛機或其他工具噴灑過氧化氫溶液,以殺死海水中的赤潮生物.而且當在水中加入亞鐵鹽溶液時可增加過氧化氫海洋藻類的破壞作用.這一方法的優(yōu)點是藥物能在水中馬上分解,污染程度輕.此外,臭氧還具有和過氧化氫相類似的治理赤潮作用.化學方法化學方法②有機除藻劑治理法.英國赤潮防治專家研究表明,秸稈是對付水中浮游藻類增殖的最合適、