徐軼肖 江 濤

(1.南京大學(xué)地理與海洋學(xué)院 南京 210093;2.Biology Department,Woods Hole Oceanographic Institution,USA 02543;3.暨南大學(xué)赤潮與海洋生物學(xué)研究中心 廣州 510632;4.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 青島 266071)

雪卡毒素(Ciguatoxins,CTX)是一類富集于珊瑚礁魚體內(nèi)的聚醚類化合物,由 13—14個(gè)環(huán)組成。人類食用有毒珊瑚魚可引發(fā)雪卡毒素中毒(ciguatera fish poisoning,CFP)。雪卡毒素毒性強(qiáng),是已知的危害性較嚴(yán)重的海洋生物毒素之一,全球每年至少有25000人因食用海產(chǎn)品引起雪卡毒素中毒(Lewis,2001;Friedmanet al,2008)。中毒癥狀呈多樣性,主要取決于食用的毒素量、毒素種類及中毒者敏感性。常見癥狀包括腹瀉、嘔吐、腹痛、溫度感覺顛倒、肌痛、眩暈、焦慮、低血壓和神經(jīng)麻痹等,其中以溫度感覺顛倒最具特征性(Friedmanet al,2008),嚴(yán)重時(shí),癥狀可持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年,偶見死亡報(bào)道(Hamiltonet al,2010)。CFP中毒主要流行于熱帶、亞熱帶的加勒比海、太平洋、大西洋和印度洋等海域。隨著全球珊瑚魚貿(mào)易的增加,CFP中毒不可避免成為一個(gè)全球現(xiàn)象,例如香港的 CFP中毒事件多由進(jìn)口的南太平洋珊瑚礁有毒魚引起(呂頌輝等,2006)。

雪卡毒素前驅(qū)物為崗比毒素(gambiertoxin),由底棲小型甲藻—崗比亞藻屬(Gambierdiscusspp.)產(chǎn)生。Randall(1958)提出著名的食物鏈假說,指出雪卡毒素可能來源于熱帶海洋中的底棲藻類,毒素通過食物鏈傳遞給魚類,食物鏈級(jí)別較高的大型魚類毒性最強(qiáng)。之后,科學(xué)家們從海鱔中首次分離獲得雪卡毒素(Scheueret al,1967)。1977年,日本與法國聯(lián)合在太平洋崗比島(Gambier Islands)證實(shí)了致毒藻Diplopsalissp.的存在(Yasumotoet al,1977)。Adachi等(1979)指出該藻為一新屬,將之重新命名為Gambierdiscus toxicus。崗比亞藻是單細(xì)胞藻類,主要營底棲附生,分布于熱帶、亞熱帶及溫帶水體(圖1)。與開放水域能形成赤潮的甲藻不同,它們并不形成水面藻華,而是附著于大型藻或者硬質(zhì)死亡珊瑚表面(圖1)。

二十世紀(jì) 80年代末,科研工作者確定了崗比亞藻體內(nèi)崗比毒素 GTX-4B和海鱔中對(duì)應(yīng)雪卡毒素P-CTX-1的化學(xué)結(jié)構(gòu)(Murataet al,1989,1990)。之后陸續(xù)在崗比亞藻體內(nèi)發(fā)現(xiàn)其它雪卡毒素前驅(qū)物及其同族化學(xué)物(Satakeet al,1993,1997)。崗比亞藻除產(chǎn)生脂溶性崗比毒素,還產(chǎn)生另一類水溶性毒素:刺尾魚毒素(maitotoxin,MTX)、崗比酸(gambieric acid)和gambierol,其中刺尾魚毒素是目前發(fā)現(xiàn)的毒性最大的非蛋白質(zhì)毒素。由于崗比亞藻產(chǎn)生的水溶性毒素具有水溶性、低口服毒性的特點(diǎn),一般認(rèn)為它們不在魚體內(nèi)累積,因而對(duì)CFP中毒事件貢獻(xiàn)甚微。崗比亞藻產(chǎn)生的崗比毒素經(jīng)食物鏈傳遞、積累和代謝后,毒素極性增加,毒性逐漸增強(qiáng)。例如,當(dāng)GTX-4B轉(zhuǎn)化成P-CTX-1時(shí),毒性增強(qiáng)10倍(Murataet al,1990)。

圖1 附著在基質(zhì)藻上vs.單細(xì)胞的崗比亞藻Fig.1 Light microscope photos of epiphytic and single cell Gambierdiscus sp.

與全球有毒有害藻華發(fā)展趨勢(shì)一致,受環(huán)境因素和人類活動(dòng)影響,雪卡毒素中毒事件亦在擴(kuò)大。雪卡毒素產(chǎn)毒藻成為國際上底棲微藻領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。自 1977年發(fā)現(xiàn)崗比亞藻后,該藻的分類學(xué)研究主要基于超微結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)特征(light microscope,SEM)。具體依據(jù)有:細(xì)胞大小與形態(tài)、甲板大小、形狀及排列方式。崗比亞藻的細(xì)胞外形有球形和背腹扁平兩種類型,目前報(bào)道的種類多屬于后者。上述分類方法的分辨率有限,對(duì)背腹扁平種類的正確識(shí)別存在較大困難,較易發(fā)生種類誤定的情況(Holmeset al,2002)。先前針對(duì)該藻的生物學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)諸多研究中,G.toxicus可能包含數(shù)個(gè)種,對(duì)株的闡述則可能實(shí)際上反映了種水平上的差異(Richlenet al,2008;Litakeret al,2010)。目前,一些分子生物學(xué)方法(LSU rDNA基因)在該藻的分類學(xué)研究中已有成功應(yīng)用(Chinainet al,1999),結(jié)合形態(tài)學(xué)特征,可確保種類鑒定的準(zhǔn)確。因此,有學(xué)者建議在此基礎(chǔ)上開展種類修訂工作,對(duì)早期研究結(jié)果進(jìn)行二次研究和修訂補(bǔ)充(Litakeret al,2010;Parsonset al,2012)。我國地處太平洋西岸,縱跨熱帶、亞熱帶和溫帶海域,有著漫長的海岸線和眾多島嶼,是西加魚毒多發(fā)區(qū)域(華澤愛,1994)。早在20世紀(jì)70年代,我國南海諸島、廣東沿岸、東海南部、臺(tái)灣被證實(shí)20余種肉毒魚含雪卡毒素(伍漢霖等,1977),最近中國南部沿海再次檢測(cè)到染毒魚(徐軼肖等,2012)。相應(yīng)地,在西沙群島附近、香港水域樣品中檢測(cè)到崗比亞藻(陳國蔚,1989;Luet al,1999),并在廣東大亞灣、大鵬灣水域發(fā)現(xiàn)了崗比亞藻休眠孢囊(Wanget al,2013)。但是,國內(nèi)有關(guān)崗比亞藻生理生態(tài)及毒性的研究尚未見報(bào)道。本文歸納了雪卡毒素產(chǎn)毒藻—崗比亞藻的分類與分布、生理生態(tài)學(xué)和毒理學(xué)等方面的主要研究結(jié)果,并對(duì)今后的研究提出展望,為我國開展相關(guān)研究提供參考。

1 種類與分布多樣性

目前共發(fā)現(xiàn)11種8核糖核酸型崗比亞藻(Xuet al,2014)。 除G.ruetzleri與G.yasumotoi為球形外,其余藻種均為背腹扁平型。其中,G.carpenteri和G.caribaeus已確認(rèn)為全球廣布種,G.carolinianus、G.ruetzleri、G.excentricus、Gambierdiscussp.ribotypes 1—2目前為止僅在大西洋分離到,G.australes、G.pacificus、G.polynesiensis、G.toxicus、G.yasumotoi、Gambierdiscussp. types 1—3則僅在太平洋分離到(Kunoet al,2010;Litakeret al,2010;Fragaet al,2011;Nishimuraet al,2013)。Leaw等(2011)在馬來西亞海水中發(fā)現(xiàn)了G.belizeanus,伍茲霍爾海洋研究所Anderson實(shí)驗(yàn)室亦從2011年的基里巴斯Marakei島樣品內(nèi)檢測(cè)到G.belizeanus(未發(fā)表數(shù)據(jù)),這表明原來認(rèn)為僅在大西洋分布的G.belizeanus可能全球均有分布。隨著世界各地對(duì)雪卡毒素研究力度的增加,可以預(yù)見將有更多新種被發(fā)現(xiàn),不排除先前認(rèn)定的區(qū)域種實(shí)為廣布種。我國的G.toxicus只進(jìn)行了形態(tài)學(xué)鑒定,缺乏基因?qū)W方面信息(陳國蔚,1989;Luet al,1999),分類正確與否,有待考證。多位學(xué)者建議,需將崗比亞藻形態(tài)學(xué)方面的顯性特征與基因方面的隱性特征綜合,分類結(jié)果方才可靠(Litakeret al,2010;Parsonset al,2012)。因此有必要在雪卡毒素流行區(qū)重新進(jìn)行崗比亞藻鑒定,進(jìn)一步明確該藻的種類多樣性與分布區(qū)域。

Juranovic等(1991)認(rèn)為,崗比亞藻主要分布于緯度 35°N—35°S的熱帶、亞熱帶地區(qū),但最新數(shù)據(jù)顯示,分布區(qū)間已擴(kuò)大至緯度35°N—37°S(Parsonset al,2012)。多個(gè)地區(qū)如東大西洋Canary Islands、西墨西哥灣、東地中海等均記錄到雪卡毒素中毒病例,并發(fā)現(xiàn)有毒魚和崗比亞藻(Pérez-Arellanoet al,2005;Benturet al,2007;Villarealet al,2007),證實(shí)了雪卡毒素流行區(qū)域擴(kuò)大的事實(shí)。該現(xiàn)象可能與全球變暖、人類活動(dòng)密切相關(guān)。升高的海水溫度導(dǎo)致珊瑚白化死亡,裸露的珊瑚礁基層有利于基質(zhì)大型藻生長,最終使崗比亞藻附著于基質(zhì)藻上繁生。Chateau-Degat等(2005)發(fā)現(xiàn)在南太平洋的塔希提島,崗比亞藻豐度與海水溫度正相關(guān)。若按照0.028oC/年的海水升溫速度,太平洋夏威夷島附近水體中的G.caribaeus密度在十年內(nèi)可增加9倍(Parsonset al,2010)。人類活動(dòng)諸如碼頭建設(shè)、海油開采、污水排放和富營養(yǎng)化均會(huì)破壞珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng),從而產(chǎn)生有利于崗比亞藻生長的環(huán)境,例如在墨西哥灣的石油開采平臺(tái)與海上人造礁內(nèi)均檢測(cè)到一定量的崗比亞藻(Villarealet al,2007)。通常情況下,崗比亞藻在水體中呈低種群密度,類似藻華密度的崗比亞藻在水體中呈斑塊狀分布,具不可預(yù)見性,這無疑給雪卡毒素的預(yù)報(bào)和防治增加了困難。

2 生理生態(tài)學(xué)

崗比亞藻的生理生態(tài)學(xué)得到了較好研究,總的來說,其有利生長條件如下:充足的附著基質(zhì)如大型藻、草皮狀藻類;水溫 21—31°C,最佳區(qū)間 25—29°C;高鹽度且鹽度穩(wěn)定;淺水體(<50m),光照<10%太陽光;水體擾動(dòng)低到中程度;充足營養(yǎng)鹽。生長條件具體到種/株存在區(qū)別。水體中崗比亞藻豐度增加是雪卡毒素中毒事件發(fā)生的必要非充分條件。就小尺度而言,該藻生長取決于環(huán)境因素與內(nèi)在因子的相互作用。大尺度導(dǎo)致高豐度崗比亞藻(>1000cell/g)的機(jī)理不甚了解。通常認(rèn)為持續(xù)的水體高溫與崗比亞藻大量繁殖并引發(fā) CFP中毒密切相關(guān)。下面就主要因子進(jìn)行綜述。

2.1 與基質(zhì)藻的關(guān)系

珊瑚礁遭受干擾與破壞時(shí),新裸露的表面被某些機(jī)會(huì)主義大型藻占領(lǐng)。這些大型藻類是崗比亞藻的理想附著基質(zhì),主要包括了紅藻門、褐藻門、綠藻門和藍(lán)藻門等 4門 56藻屬。另外,科研工作者還在 2藍(lán)細(xì)菌屬、1硅藻屬和 1海草屬中發(fā)現(xiàn)崗比亞藻(Tindallet al,1998;Cruz-Riveraet al,2006)。崗比亞藻對(duì)大型基質(zhì)藻具有選擇性,即偏好具良好三維結(jié)構(gòu),柔韌性佳,表面積大的基質(zhì)藻(Lobelet al,1988;Bomberet al,1989a),例如在綠藻Chaetomorpha記錄到目前為止崗比亞藻的最高密度為 75793cell/g藻體(Carlson,1984)。崗比亞藻通過黏液膜形成的包被附著在大型藻體上,當(dāng)受外界因素干擾如水體擾動(dòng)、光照改變時(shí),部分藻細(xì)胞可脫離基質(zhì)藻呈浮游狀態(tài)(Nakaharaet al,1996)。所以,嚴(yán)格意義上說,崗比亞藻非完全營附著生活。除了作為附著基質(zhì),大型藻還可為崗比亞藻的生長創(chuàng)造有利條件,如為崗比亞藻提供生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)(Steidinger,1983);在淺水體能夠遮蔽陽光直射,避免光照過強(qiáng)對(duì)崗比亞藻生長產(chǎn)生的抑制(Villarealet al,2002)。

不同基質(zhì)藻對(duì)雪卡毒素在食物鏈傳遞過程中的作用不同。在珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng),為了應(yīng)對(duì)草食動(dòng)物的攝食壓力,藻類進(jìn)化出復(fù)雜的應(yīng)對(duì)機(jī)制減少或避免被攝食,如快速生長、低營養(yǎng)價(jià)值、化學(xué)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)機(jī)制防御、及多種防御機(jī)制共同作用。大型基質(zhì)藻適口性差異造成了大型藻-崗比亞藻共同體在雪卡毒素食物鏈傳遞中扮演截然不同的角色:毒素源(toxin sources)或毒素匯(toxin sinks)。例如,快速生長適口性良好的藻類如絲狀藻,即使附著其上的崗比亞藻豐度低,也可向食物鏈提供高通量的雪卡毒素;相反,那些普遍存在的適口性欠佳的基質(zhì)藻,即使棲息大量崗比亞藻,由于難以被攝食者捕食,對(duì)雪卡毒素食物鏈傳遞貢獻(xiàn)甚微(Cruz-Riveraet al,2006)。因此,在雪卡毒素產(chǎn)毒藻生態(tài)學(xué)研究中,除考慮崗比亞藻種群密度外,還需考慮適口性與非適口性大型藻的比例及大型藻捕食者類型等因素。

2.2 與環(huán)境因子的關(guān)系

崗比亞藻的生長受溫度條件控制,溫度如過高或過低均不利于其生長,但具體的適應(yīng)溫度和最佳溫度因種/株而異。Tester等(2010)在溫度 18—33°C范圍內(nèi)對(duì)6個(gè)崗比亞藻種的生長情況進(jìn)行研究,結(jié)果表明:G.caribaeus的最佳生長溫度最高(33°C),G.carolinianus最佳生長溫度則最低(25°C);當(dāng)溫度低于 21°C 時(shí),G.belizeanus、G.pacificus和Gambierdiscus.sp.ribotype 2均不能存活;當(dāng)溫度高于32°C時(shí)Gambierdiscus.sp.ribotype 2死亡。Parsons等(2010)對(duì)G.caribaeus(BIG79)的研究顯示,當(dāng)溫度低于26°C或高于 29°C時(shí),該藻生長受限。由此可見,溫度對(duì)不同種/株的崗比亞藻生長影響顯著。考慮到種/株間最適生長溫度和極限溫度的差異,可以預(yù)見當(dāng)海水溫度上升時(shí),某些種/株生長將被促進(jìn),其它某些種/株則可能受抑制。另外,某些暖水藻種/株,由于同時(shí)能夠耐受較低溫度,表明其可能在較冷水體季節(jié)性繁生。雪卡毒素產(chǎn)毒藻對(duì)溫度適應(yīng)的差異,是藻株地理分布差異與種群密度周期性變化的重要原因之一。

崗比亞藻的生長也受鹽度影響,鹽度 28—35適合多數(shù)崗比亞藻生長,但具體的適應(yīng)鹽度和最佳鹽度,因種/株而異。Yasumoto等(1980a)發(fā)現(xiàn)崗比亞藻株在鹽度低于27和高于42條件下幾乎不能生長,在鹽度34時(shí)生長最佳。與此相似,Bomber等(1988a)發(fā)現(xiàn),崗比亞藻株在鹽度25和40時(shí),生長率顯著下降,32生長最佳。近年來,在該藻種的層面上研究表明不同種對(duì)鹽度響應(yīng)存在差別,G.caribaeus的最佳鹽度為30;G.belizeanus和G.caribaeus在鹽度低于17時(shí)死亡;鹽度低于30時(shí),G.belizeanus生長速率顯著降低(Parsonset al,2010)。推測(cè)受陸源排水影響的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng),那些適應(yīng)低鹽的藻種/株可能勝出,而在瀉湖,適應(yīng)高鹽的藻種/株則有可能占領(lǐng)該系統(tǒng)。

崗比亞藻喜低光照強(qiáng)度,其生長上限約為 10%的太陽光強(qiáng)度,高光照抑制崗比亞藻生長甚至導(dǎo)致死亡。水質(zhì)良好的熱帶海域1—4m為最佳生長水深,低于0.5m時(shí),光照高達(dá)6.5×104lux,崗比亞藻不能生存(Carlson,1984;Bomberet al,1988a)。自然環(huán)境中的庇護(hù)體如空間結(jié)構(gòu)良好的大型基質(zhì)藻有利于崗比亞藻躲避高光強(qiáng)。不同崗比亞藻種/株對(duì)光照適應(yīng)存在差異,例如藻株GT600和GT600A在225—232μmol photon/(m2·s)生長速率最大,而藻株 MQ-1 在 81μmol photon/(m2·s)生長受限(Bomberet al,1988b;Mortonet al,1992,1993);G.caribaeus(BIG 79)在高于150或低于 76μmol photon/(m2·s)時(shí),生長均受限(Parsonset al,2010)。但是,實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)崗比亞藻還需考慮光源,使用太陽光或冷白熒光燈管培養(yǎng)藻細(xì)胞,光強(qiáng)為3%—4%太陽光時(shí),生長最佳;而用 Vita-Lite燈管培養(yǎng)細(xì)胞,最佳光強(qiáng)為 8%—10%太陽光(Tindallet al,1998)。

2.3 與營養(yǎng)鹽的關(guān)系

崗比亞藻生長與營養(yǎng)鹽的關(guān)系尚不明確,目前僅有少數(shù)研究涉及且結(jié)論各異。Yasumoto等(1980b)對(duì)法屬波利法尼亞水體中的崗比亞藻進(jìn)行了研究,結(jié)果表明該藻密度與無機(jī)磷、總磷、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硅酸鹽、鐵鹽、溶解有機(jī)碳、維生素B12等濃度無關(guān)。與此相似,相同的崗比亞藻株在 N︰P=(5︰1)—(50︰1)培養(yǎng)條件下生長率無顯著性差異(Sperret al,1996)。但是,Carlson(1984)指出英屬和美屬維京群島的磷酸鹽、硝酸鹽濃度與崗比亞藻種群密度正相關(guān)。最近研究發(fā)現(xiàn),不同氮源不影響實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)株G.caribaeus(CCMP1651)生長,但銨鹽作為氮源時(shí),Gambierdiscus.sp.ribotype 2(CCMP1655)生長速率顯著高于其它氮源(Lartigueet al,2009)。分析營養(yǎng)鹽與崗比亞藻的關(guān)系取決于水體中營養(yǎng)鹽的濃度和藻種/株對(duì)營養(yǎng)鹽的需求,當(dāng)濃度滿足生長需求,兩者無關(guān),當(dāng)水體中某些營養(yǎng)鹽低于生長需求時(shí),顯示正相關(guān)。

結(jié)合目前生理生態(tài)學(xué)領(lǐng)域取得的進(jìn)展,下一步研究需繼續(xù)探索崗比亞藻與附著基質(zhì)藻、攝食者之間的關(guān)系;明確溫度、鹽度、光照和營養(yǎng)鹽濃度等因素對(duì)崗比亞藻種水平生長與分布策略的影響;并結(jié)合當(dāng)前環(huán)境變化的趨勢(shì),闡述全球變暖、海洋酸化對(duì)崗比亞藻生長和CFP爆發(fā)的影響。

3 毒理學(xué)

崗比亞藻能夠產(chǎn)生兩類毒素:脂溶性和水溶性毒素。前者通過魚體內(nèi)的細(xì)胞色素酶被氧化成雪卡毒素,后者由于其水溶性特點(diǎn),傳統(tǒng)上認(rèn)為不在魚體內(nèi)富集。草食性魚類通過攝食崗比亞藻附著的基質(zhì)藻,積累崗比毒素并將之轉(zhuǎn)化為極性較低的雪卡毒素,肉食性魚類通過攝食草食性魚類將毒素進(jìn)一步代謝成極性增加、毒性增大的毒素。不同崗比亞藻種/株的產(chǎn)毒能力(毒素成分、毒性大小)不同,從源頭上解釋了加勒比海、太平洋、大西洋、印度洋地區(qū)間染毒魚體內(nèi)的毒素成分、人體中毒癥狀迥異,以及崗比亞藻種群密度與CFP中毒事件并非總是正相關(guān)。崗比亞藻產(chǎn)毒能力由內(nèi)在和外在因子共同驅(qū)動(dòng),總的來說,種間產(chǎn)毒差異較種內(nèi)差異、環(huán)境因子引起的差異顯著。

3.1 種內(nèi)和種間差異

之前研究中(主要在2009年之前,參考Litakeret al,2010),崗比亞藻種的分類方法尚不完全明確,該藻多以劇毒崗比亞藻(G.toxicus)或Gambierdiscussp.命名,不能很好明確目標(biāo)藻毒性是針對(duì)藻種還是藻株水平的差異。但可以確定的是,不是所有的崗比亞藻都能檢測(cè)到類似雪卡毒素毒性,不同種/株之間產(chǎn)毒差異極大,有些藻種/株間毒性差異高達(dá) 100倍(Babinchaket al,1986)。隨著崗比亞藻在種級(jí)別上分類的日趨成熟,科研工作者對(duì)不同崗比亞藻種/株間的毒性研究發(fā)現(xiàn):最先被發(fā)現(xiàn)并命名的G.toxicus毒性很低或未檢出毒素,G.toxicus和G.caribaeus為低毒性種;G.australe、G.belizeanus、Gambierdiscus.sp.ribotype 2、G.pacificus為中等毒性種;G.polynesiensis和G.excentricus為高毒性種(表1)。崗比亞藻毒性存在明顯的種內(nèi)和種間差異,總體而言,后者顯著大于前者。盡管檢測(cè)方法不完全一致,該藻種內(nèi)毒性差異基本在 1個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi),而種間差異可達(dá) 3個(gè)數(shù)量級(jí),例如太平洋水域的G.polynesiensis毒性是G.toxicus的1147倍(表1)。這與Holmes等(1991)的觀點(diǎn)即崗比亞藻的產(chǎn)毒能力可能由基因決定相吻合,從而解釋了加勒比海和太平洋的崗比亞藻豐度與毒性無關(guān)現(xiàn)象。自然水體中,多種產(chǎn)毒能力不同的崗比亞藻種/株共存,種群組成必然影響崗比亞藻群落的毒性及雪卡毒素的食物鏈傳遞。目前有關(guān)不同崗比亞藻種/株毒素和毒性的研究尚不夠深入,例如仍缺乏G.carpenteri、G.carolinianus、G.ruetzleri、G.yasumotoi、Gambierdiscussp.ribotypes 1的毒素及毒性信息;同時(shí),隨著新種/株的不斷發(fā)現(xiàn),更多不同地理來源的藻種/株的毒素特征亟待分析。

3.2 環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)毒的影響

研究表明,環(huán)境因素(溫度、光照和營養(yǎng)鹽等)能夠影響崗比亞藻細(xì)胞水平的產(chǎn)毒能力,但結(jié)論并不一致(Lechatet al,1985;Durand-Clement,1986;Bomber et al.,1989b;Mortonet al,1993)。不同培養(yǎng)條件如溫度、鹽度和光照可使藻株毒性差異達(dá) 200倍(Mortonet al,1993)。Bomber等(1988a)指出崗比亞藻在較高溫度(27°C)培養(yǎng)下毒性高于較低溫度(21°C),而Durand-Clement(1986)認(rèn)為溫度變化不影響產(chǎn)毒。另外,Morton等(1993)提出,毒素產(chǎn)量與崗比亞藻色素合成及光合作用正相關(guān);而Bomber等(1989b)則發(fā)現(xiàn)毒素含量與葉綠素a和c2負(fù)相關(guān),即高產(chǎn)毒株的葉綠素含量低于低產(chǎn)毒株。細(xì)胞毒性與緯度呈負(fù)相關(guān),即低溫、低光照的高緯藻株毒性低,高溫、高光照的低緯藻株毒性高(Bomberet al,1989b)。

水體營養(yǎng)鹽濃度和結(jié)構(gòu)也是影響崗比亞藻產(chǎn)毒的重要因素。Lechat等(1985)認(rèn)為,營養(yǎng)鹽豐富的培養(yǎng)基增加藻株產(chǎn)毒量。不同營養(yǎng)條件下,G.caribaeus與Gambierdiscussp.ribotype 2可分別產(chǎn)生1.3—8.7、30.7—54.3fg C-CTX-1 eq/cell(Lartigueet al,2009)。無毒崗比亞藻株在P限制時(shí)(N:P>30)開始產(chǎn)生毒素,但相關(guān)機(jī)理尚不明確(Sperret al,1996)。毒素合成可能與細(xì)胞內(nèi)磷利用有關(guān)。崗比亞藻自然藻株比培養(yǎng)藻株毒素產(chǎn)量高100倍(Holmeset al,1991),不知是否因?yàn)榕囵B(yǎng)基營養(yǎng)成分富足,而自然水體很可能因?yàn)榱紫拗茝亩龠M(jìn)藻株產(chǎn)毒的緣故。但 Holmes等(1991)對(duì) 2株產(chǎn)毒崗比亞藻和 11株無毒藻研究發(fā)現(xiàn),改變培養(yǎng)基營養(yǎng)成分不影響藻株是否產(chǎn)毒,也不影響產(chǎn)毒量。由此可見,環(huán)境因素對(duì)不同崗比亞藻種/株產(chǎn)毒的影響不盡一致。目前國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究尚不夠全面和深入,亟需對(duì)更多不同地理來源的種/株開展多水平研究。

3.3 其它因素對(duì)產(chǎn)毒的影響

崗比亞藻的生長率和生長階段影響產(chǎn)毒。生長緩慢的崗比亞藻種細(xì)胞毒性更大(Chinainet al,2010)。從進(jìn)化角度理解,有毒藻產(chǎn)生的毒素能夠降低捕食壓力或通過對(duì)其他生物的化感作用,利于生長緩慢藻種的生存。崗比亞藻在不同生長階段的產(chǎn)毒能力存在差異,普遍認(rèn)為處于指數(shù)生長后期和穩(wěn)定生長期的崗比亞藻細(xì)胞毒性高于指數(shù)生長中期的細(xì)胞毒性。例如以硝酸鹽為氮源時(shí),G.caribaeus(CCMP1651)在平臺(tái)期的毒性大于指數(shù)期;而Gambierdiscussp.ribotype 2不論在何種氮源(硝酸鹽、銨鹽、尿素、自由氨基酸混合、腐胺)條件下,均顯示該規(guī)律(Lartigueet al,2009)。但也有學(xué)者提出不同結(jié)論,即生長階段對(duì)藻毒性無影響(Durand-Clement,1987)。

毒理學(xué)方面需深入開展崗比亞藻種內(nèi)與種間的產(chǎn)毒特征研究,包括產(chǎn)毒與否、毒素成分和毒性大小研究,以及生長條件對(duì)產(chǎn)毒的影響,該藻的批量培養(yǎng)及崗比毒素純品制備。運(yùn)用崗比亞藻細(xì)胞層次毒理學(xué)研究結(jié)果,進(jìn)而開發(fā)用以野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的雪卡毒素監(jiān)控與管理系統(tǒng)。

4 研究展望

相比國際上崗比亞藻在種類與分布多樣性、生理生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)等領(lǐng)域取得的進(jìn)展,我國有關(guān)崗比亞藻和雪卡毒素的研究尚較薄弱?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)業(yè)已證實(shí)崗比亞藻在我國熱帶、亞熱帶海域廣泛存在,且在我國海域熱帶魚體內(nèi)多次檢出了雪卡毒素,因此有關(guān)雪卡毒素及其產(chǎn)毒藻的研究應(yīng)該受到重視。建議從以下幾個(gè)方面開展工作:(1)從基礎(chǔ)研究入手,通過野外采集大型基質(zhì)藻,實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行崗比亞藻的分離、鑒定、培養(yǎng)并建立藻種庫;(2)開展實(shí)驗(yàn)室條件下的生理生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)研究,探索生長條件如溫度、鹽度、光照等因子對(duì)我國崗比亞藻種/株的生長和產(chǎn)毒影響,篩選有毒種/株及有利產(chǎn)毒條件;(3)進(jìn)行全面、長期的野外與市場(chǎng)調(diào)查工作,弄清我國崗比亞藻分布與雪卡毒素染毒魚之間的關(guān)系,為雪卡毒素中毒事件防治提供生態(tài)學(xué)和有毒魚數(shù)據(jù)支持。

表1 崗比亞藻種內(nèi)與種間類似雪卡毒素毒性大小比較Tab.1 Comparison among inter-and intra-species Gambierdiscus spp.in CTXs-like toxicity

致謝感謝南京大學(xué)鄒欣慶老師和伍茲霍爾海洋研究所Anderson實(shí)驗(yàn)室的Donald Anderson、Mindy Richlen、Judy Kleindinst、Dave Kulis在雪卡毒素研究中提供的指導(dǎo)和幫助！

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