海洋生态与环境科学重点实验室知识库

近年来，各种有毒藻形成的赤潮在世界范围内频繁暴发，不仅影响海洋生态系统的结构和稳定性，还能产生藻毒素等多种活性物质。双壳贝类滤食该类有毒藻细胞后，藻毒素可沿食物链转移至海洋哺乳动物或人体，严重制约沿海养殖业的发展、威胁人类健康和食品安全。其中麻痹性贝毒（Paralytic shellfish toxins，PST）主要由亚历山大藻属的藻种产生，亚历山大藻属中约一半藻种可产生PST，因其毒性大、影响范围较广而备受关注。改性粘土法作为目前国内外普遍认可的有害赤潮治理技术，已在现场多次成功大规模应用。本文通过室内实验，以两种滤食性双壳贝类—虾夷扇贝（Mizuhopecten yessoensis）和硬壳蛤（Mercenaria mercenaria）为受试生物，首先考察了改性粘土（聚合氯化铝改性粘土，本文称之为MCI）作用下虾夷扇贝的生理生化响应；在此基础上，系统研究了改性粘土絮凝太平洋亚历山大藻（Alexandrium pacificum）后，虾夷扇贝、硬壳蛤体内PST含量、组分的变化情况。取得的主要研究结果如下：

（1）改性粘土作用下虾夷扇贝的生理生化响应：以壳长41.55±4.25 mm、壳高40.16±5.14 mm的虾夷扇贝为实验对象，首先开展了MCI对其96 h急性毒性实验，采用概率单位法求得MCI对虾夷扇贝的半致死浓度为4.1 g/L，依此估算安全浓度为0.41 g/L，转换为面积浓度为56.8 g/m²，高于MCI的现场应用浓度（4~10 g/m²）。9 d亚急性毒性实验结果表明，MCI用量为0.07、0.36、0.72 g/L（100 g/m²）条件下， MCI未对虾夷扇的贝滤水率和消化腺的淀粉酶活性造成显著负面影响，从超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量来看，对虾夷扇贝鳃组织没有造成明显的氧化损伤。上述实验结果表明，0.72 g/L（100 g/m²）范围内的MCI未对虾夷扇贝存活及其生理生化状态产生不良影响，为后续相关研究奠定了基础。

（2）改性粘土絮凝A. pacificum对虾夷扇贝体内PST的影响：通过室内实验，考察MCI絮凝A. pacificum后，在实验不同时期（分为累积及排出阶段）虾夷扇贝的消化腺组织和其他组织中PST含量、组分的变化情况。研究结果显示，在实验前4 d的PST累积阶段，未添加改性粘土的对照组中，虾夷扇贝可不断滤食水体中的藻细胞，A. pacificum藻密度平缓下降，扇贝消化腺组织、其他组织中 PST毒性水平不断上升，4 d时达到最高，分别为3208.40和258.67 µg STXeq/kg。而利用0.2 g/L MCI的处理组，3 h后水体中96.7%的A. pacificum藻细胞被絮凝沉降，水体中A. pacificum藻密度大大降低，致使虾夷扇贝对其的滤食率减少，扇贝消化腺、其他组织中PST毒性水平在2 d时达到最高，分别为574.54和98.92 µg STXeq/kg，随后不断下降。前4 d的毒素累积实验期间，对照组虾夷扇贝消化腺、其他组织中PST毒性水平始终高于0.2 g/L MCI处理组。经过6 d的排出阶段后，0.2 g/L MCI处理组虾夷扇贝各组织中PST毒性水平仍低于对照组。  

另外，在前4 d的累积阶段，对照组和0.2 g/L MCI处理组虾夷扇贝消化腺组织和其他组织中PST各组分相对含量差异不大。说明MCI可通过絮凝作用降低水体中A. pacificum藻密度，减少虾夷扇贝对有毒藻的摄入量，从而降低了扇贝消化腺组织和其他组织内PST的积累，而且对PST组分转化未产生明显的影响。

（3）改性粘土对硬壳蛤体内麻痹性贝毒的影响：采用室内模拟实验，考察了利用MCI去除硬壳蛤培养水体中A. pacificum后，累积和排出阶段硬壳蛤体内PST的变化情况。研究结果表明，在实验前4 d的累积阶段，未添加改性粘土的对照组和添加了0.2 g/L MCI实验组中，硬壳蛤体内PST毒性水平均不断上升，4 d时分别达到6.84 μg STXeq/kg和4.72 μg STXeq/kg；在后续的排出阶段硬壳蛤体内PST毒性水平均明显下降，6 d时对照组和实验组分别为1.32 μg STXeq/kg和0.91 μg STXeq/kg。累积及排出阶段对照组中硬壳蛤体内PST毒性水平始终高于实验组，对照组中A. pacificum藻细胞密度较高，可被硬壳蛤不断滤食，藻密度呈平缓下降的趋势；而添加0.2 g/L MCI实验组中，MCI在3 h内即去除了水体中82.3%的A. pacificum藻细胞，低密度的藻细胞使硬壳蛤对其的摄入量大大降低，此为贝类体内PST累积量较低的主要原因。该研究进一步验证改性粘土可通过絮凝作用快速沉降水体中大部分A. pacificum藻细胞，使硬壳蛤对A. pacificum藻细胞的摄入量减少，从而降低其体内PST的累积。

此外，研究还发现在累积阶段前期，实验组与对照组硬壳蛤体内PST组成存在一定差异，随着时间的增加二者差异逐渐减小，48 h时二者差异已不显著；贝类体内PST各组分之间的转化过程比较复杂，影响因素诸多，对于硬壳蛤体内PST的转化过程、影响因素等尚需要进一步深入研究。通过室内研究表明，在本研究条件下，硬壳蛤对PST的累积速率远低于虾夷扇贝，染毒风险性较小。

综上，该研究结果表明，改性粘土对虾夷扇贝本身无不良影响，改性粘土可有效絮凝去除水体中的A. pacificum藻细胞，减少两种典型双壳贝类虾夷扇贝、硬壳蛤对其的滤食，从而降低了PST在贝类体内的积累，降低贝类体内的PST染毒风险性。该研究结果可为改性粘土治理贝类养殖水体有毒亚历山大藻赤潮提供科学依据。

近年来，各种有毒藻形成的赤潮在世界范围内频繁暴发，不仅影响海洋生态系统的结构和稳定性，还能产生藻毒素等多种活性物质。双壳贝类滤食该类有毒藻细胞后，藻毒素可沿食物链转移至海洋哺乳动物或人体，严重制约沿海养殖业的发展、威胁人类健康和食品安全。其中麻痹性贝毒（Paralytic shellfish toxins，PST）主要由亚历山大藻属的藻种产生，亚历山大藻属中约一半藻种可产生PST，因其毒性大、影响范围较广而备受关注。改性粘土法作为目前国内外普遍认可的有害赤潮治理技术，已在现场多次成功大规模应用。本文通过室内实验，以两种滤食性双壳贝类—虾夷扇贝（Mizuhopecten yessoensis）和硬壳蛤（Mercenaria mercenaria）为受试生物，首先考察了改性粘土（聚合氯化铝改性粘土，本文称之为MCI）作用下虾夷扇贝的生理生化响应；在此基础上，系统研究了改性粘土絮凝太平洋亚历山大藻（Alexandrium pacificum）后，虾夷扇贝、硬壳蛤体内PST含量、组分的变化情况。取得的主要研究结果如下：

（1）改性粘土作用下虾夷扇贝的生理生化响应：以壳长41.55±4.25 mm、壳高40.16±5.14 mm的虾夷扇贝为实验对象，首先开展了MCI对其96 h急性毒性实验，采用概率单位法求得MCI对虾夷扇贝的半致死浓度为4.1 g/L，依此估算安全浓度为0.41 g/L，转换为面积浓度为56.8 g/m²，高于MCI的现场应用浓度（4~10 g/m²）。9 d亚急性毒性实验结果表明，MCI用量为0.07、0.36、0.72 g/L（100 g/m²）条件下， MCI未对虾夷扇的贝滤水率和消化腺的淀粉酶活性造成显著负面影响，从超氧化物歧化酶活性、丙二醛含量来看，对虾夷扇贝鳃组织没有造成明显的氧化损伤。上述实验结果表明，0.72 g/L（100 g/m²）范围内的MCI未对虾夷扇贝存活及其生理生化状态产生不良影响，为后续相关研究奠定了基础。

（2）改性粘土絮凝A. pacificum对虾夷扇贝体内PST的影响：通过室内实验，考察MCI絮凝A. pacificum后，在实验不同时期（分为累积及排出阶段）虾夷扇贝的消化腺组织和其他组织中PST含量、组分的变化情况。研究结果显示，在实验前4 d的PST累积阶段，未添加改性粘土的对照组中，虾夷扇贝可不断滤食水体中的藻细胞，A. pacificum藻密度平缓下降，扇贝消化腺组织、其他组织中 PST毒性水平不断上升，4 d时达到最高，分别为3208.40和258.67 µg STXeq/kg。而利用0.2 g/L MCI的处理组，3 h后水体中96.7%的A. pacificum藻细胞被絮凝沉降，水体中A. pacificum藻密度大大降低，致使虾夷扇贝对其的滤食率减少，扇贝消化腺、其他组织中PST毒性水平在2 d时达到最高，分别为574.54和98.92 µg STXeq/kg，随后不断下降。前4 d的毒素累积实验期间，对照组虾夷扇贝消化腺、其他组织中PST毒性水平始终高于0.2 g/L MCI处理组。经过6 d的排出阶段后，0.2 g/L MCI处理组虾夷扇贝各组织中PST毒性水平仍低于对照组。  

另外，在前4 d的累积阶段，对照组和0.2 g/L MCI处理组虾夷扇贝消化腺组织和其他组织中PST各组分相对含量差异不大。说明MCI可通过絮凝作用降低水体中A. pacificum藻密度，减少虾夷扇贝对有毒藻的摄入量，从而降低了扇贝消化腺组织和其他组织内PST的积累，而且对PST组分转化未产生明显的影响。

（3）改性粘土对硬壳蛤体内麻痹性贝毒的影响：采用室内模拟实验，考察了利用MCI去除硬壳蛤培养水体中A. pacificum后，累积和排出阶段硬壳蛤体内PST的变化情况。研究结果表明，在实验前4 d的累积阶段，未添加改性粘土的对照组和添加了0.2 g/L MCI实验组中，硬壳蛤体内PST毒性水平均不断上升，4 d时分别达到6.84 μg STXeq/kg和4.72 μg STXeq/kg；在后续的排出阶段硬壳蛤体内PST毒性水平均明显下降，6 d时对照组和实验组分别为1.32 μg STXeq/kg和0.91 μg STXeq/kg。累积及排出阶段对照组中硬壳蛤体内PST毒性水平始终高于实验组，对照组中A. pacificum藻细胞密度较高，可被硬壳蛤不断滤食，藻密度呈平缓下降的趋势；而添加0.2 g/L MCI实验组中，MCI在3 h内即去除了水体中82.3%的A. pacificum藻细胞，低密度的藻细胞使硬壳蛤对其的摄入量大大降低，此为贝类体内PST累积量较低的主要原因。该研究进一步验证改性粘土可通过絮凝作用快速沉降水体中大部分A. pacificum藻细胞，使硬壳蛤对A. pacificum藻细胞的摄入量减少，从而降低其体内PST的累积。

此外，研究还发现在累积阶段前期，实验组与对照组硬壳蛤体内PST组成存在一定差异，随着时间的增加二者差异逐渐减小，48 h时二者差异已不显著；贝类体内PST各组分之间的转化过程比较复杂，影响因素诸多，对于硬壳蛤体内PST的转化过程、影响因素等尚需要进一步深入研究。通过室内研究表明，在本研究条件下，硬壳蛤对PST的累积速率远低于虾夷扇贝，染毒风险性较小。

综上，该研究结果表明，改性粘土对虾夷扇贝本身无不良影响，改性粘土可有效絮凝去除水体中的A. pacificum藻细胞，减少两种典型双壳贝类虾夷扇贝、硬壳蛤对其的滤食，从而降低了PST在贝类体内的积累，降低贝类体内的PST染毒风险性。该研究结果可为改性粘土治理贝类养殖水体有毒亚历山大藻赤潮提供科学依据。

目  录

第1章 绪论  1

1.1 赤潮 1

1.1.1 赤潮定义、成因及危害     1

1.1.2 有毒赤潮     2

1.2 改性粘土治理有害赤潮方法概述 10

1.2.1 赤潮防治方法     10

1.2.2 改性粘土除藻机制     11

1.2.3 改性粘土现场应用     12

1.2.4 改性粘土的生态效应评估  12

1.3 典型滤食性双壳贝类概述    14

1.3.1 虾夷扇贝     15

1.3.2 硬壳蛤  16

1.4 研究目标及内容    16

1.4.1 研究目标     16

1.4.2 研究内容     16

第2章 改性粘土作用下虾夷扇贝的生理生化响应  19

2.1 前言 19

2.2 材料与方法    19

2.2.1 实验材料     19

2.2.2 实验方法     20

2.3 结果与分析    22

2.3.1 MCI对虾夷扇贝的急性毒性实验      22

2.3.2 MCI对虾夷扇贝的亚急性毒性实验   22

2.4 讨论 24

2.5 小结 26

第3章 改性粘土絮凝太平洋亚历山大藻对虾夷扇贝体内麻痹性贝毒的影响    27

3.1 前言 27

3.2 材料与方法    28

3.2.1 实验材料     28

3.2.2 实验方法     29

3.3 结果与分析    31

3.3.1 不同浓度MCI对太平洋亚历山大藻（A. pacificum）的去除效果…...31

3.3.2 不同实验组中太平洋亚历山大藻（A. pacificum）密度的变化……….32

3.3.3 虾夷扇贝体内麻痹性贝毒（PST）含量变化   33

3.3.4 虾夷扇贝体内麻痹性贝毒（PST）组分变化   34

3.3.5 虾夷扇贝体内麻痹性贝毒（PST）毒性水平变化   36

3.4 讨论 38

3.5 小结 41

第4章 改性粘土絮凝太平洋亚历山大藻对硬壳蛤体内麻痹性贝毒的影响       43

4.1 前言 43

4.2 材料与方法    43

4.2.1 实验材料     43

4.2.2 实验方法     44

4.3 结果与分析    46

4.3.1 MCI对硬壳蛤的急性毒性实验   46

4.3.2不同实验组中太平洋亚历山大藻（A. pacificum）密度的变化     46

4.3.3 硬壳蛤体内麻痹性贝毒（PST）含量变化       47

4.3.4 硬壳蛤体内麻痹性贝毒（PST）组分变化       48

4.3.5 硬壳蛤体内麻痹性贝毒（PST）毒性水平变化       49

4.4 讨论 50

4.5 小结 55

第5章 总结和展望     57

5.1 结论 57

5.2 主要创新点    58

5.3 不足与展望    58

参考文献       59

附 录     71

致 谢     75

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果    77