近年来,湖泊富营养化导致的蓝藻水华频繁暴发,引发各种衍生物污染,严重时甚至造成重大生态灾害事件,制约了区域经济可持续发展。在蓝藻水华衍生物中,微囊藻毒素(MCs)以其毒性大、分布广和结构稳定的特点,对水生生态系统各营养级生物产生潜在的危害。相关研究多集中在单一微囊藻毒素在高浓度胁迫下对模式生物的急性毒理效应和致毒机制研究,而对其在低浓度、长期暴露下对典型水生生物的毒性效应研究较少,因此此类研究难以对实际环境中蓝藻毒素作用于水生生物的毒性作用机理进行阐释,更无法针对蓝藻水华污染开展早期预警。本文重点关注微囊藻毒素对水生生物致毒机理及其在环境浓度下对苦草和鲤鱼的早期生态毒理学效应研究,探讨了氧化应激在水华衍生物毒作用机制中的作用,试图阐明蓝藻毒素在低剂量长期暴露下对水生生物的毒性作用机理及筛选此过程中的敏感生物标志物,并在太湖蓝藻水华暴露环境中验证了氧化应激指标体系用于湖泊蓝藻水华预警的可行性。此外,通过比较蛋白组学分析,研究了蓝藻水华对鲤鱼的肝脏毒性,为其致毒机理的阐明提供基础数据。主要研究结果如下：1. MC-LR可以通过苦草幼苗的吸收进入叶片,环境浓度下苦草叶片对其最大吸收值约为13.9 ng g-1DW；MC-LR能诱导苦草叶片O2·-强度显著性上升并引发氧化应激,具体表现在抗氧化系统关键酶和GSH的一系列响应以及发生脂质过氧化,MDA含量与ROS强度显著性正相关(r=0.817,p<0.05)；CAT活性和GSH/GSSG比值对低剂量MC-LR (0.1μgL-1)最为敏感,有望成为潜在的生物标志物；动力学变化显示GST和GSH对MC-LR暴露时间最为敏感,说明通过GST催化下与GSH的结合是苦草对MC-LR的重要生物解毒过程；10.0-25.0μgL-1 MC-LR能造成Chlα显著下降；而MC-LR在饮用水安全推荐值(1.0μg L-1)作用下即可导致叶片过氧化损伤、可溶性蛋白含量显著下降,并对叶片产生超显微结构的损伤,因而推测MC-LR在亚细胞和分子水平上的毒性阈值在0.5-1.0μg L-1之间。2.运用电子顺磁共振自旋捕集技术,获得了MC-LR诱导鲤鱼肝脏·OH产生的直接证据,其超精细结构常数为g=2.0057,aN=13.88 G,aH=2.35 G。腹腔注射亚致死剂量MC-LR研究结果表明,120μg/kg MC-LR作用1h肝脏-OH强度即有显著增强。50μg/kg MC-LR暴露组鲤鱼肝脏MDA含量与·OH强度存在显著的线性正相关关系(r=0.970,p<0.01)。活性氧介导下,肝脏抗氧化防御系统关键酶活、GSH和HSP70含量等发生变化,总体响应以5-12 h最为显著,可以调控机体活性氧含量。MC-LR和活性氧影响下直接或者间接造成了细胞骨架结构重组和肝脏组织病理学损伤；在活性氧介导下,跟细胞凋亡密切相关的基因(p38和JNKa)被活化,从而促使机体在12-48 h产生细胞凋亡,凋亡率在后期有所下降可能跟Bcl-2基因在暴露后期的显著表达有关。环境浓度MC-LR (0.1-10μg L-1)体表暴露研究结果表明,MC-LR可以被鲤鱼肠道或者鳃上皮细胞吸收,通过血液循环系统运送并累积到各个组织器官中,总体而言肝脏具有最大的MC-LR累积量,但0.1μgL-1MC-LR作用组鳃组织毒素含量超过了同剂量组的肝脏和肠道,这可能与鳃上皮细胞直接吸收或者MC-LR作用下鳃组织的病理学变化导致其对MC-LR的通透性发生改变有关；环境浓度MC-LR暴露轻度诱导鲤鱼肝脏产生氧化应激,过量ROS可以通过肝脏抗氧化系统和HSP70的诱导而得到调节消除；动态暴露和静态暴露实验发现鲤鱼肝脏·OH和GSH/GSSG比值对暴露时间(0.5d)最为敏感,而·OH、GSSG和PP活性对暴露剂量(0.1μgL-1)较为敏感,具有成为指示蓝藻毒素胁迫的潜在分子标志物的潜力；环境浓度MC-LR对肝脏细胞没有凋亡效应,但能使肝脏PP活性显著下降；肝细胞骨架发生重组,骨架蛋白β-tubulin表达下降,进而造成剂量依赖性的肝脏组织病理学上的变化,如肝实质结构部分溶解、脂质空泡变性和部分细胞坏死；此外,直接接触水体中的MC-LR的鳃组织也出现剂量依赖性的变化,如鳃丝和鳃小片排列变得松散,且味蕾结构出现病变,表明MC-LR能影响鱼类的呼吸效率。3.原位实验(2009.7.11-2009.7.24)表明,太湖蓝藻水华暴发与水体温度、TP和MC-LR/RR浓度有着显著性相关关系；通过ELISA和]LC-ESI-MS分析,均发现受控实验组鲤鱼不同器官/组织内累积了一定量的MC,累积量大小顺序：肝脏>肠道>鳃>肌肉,野外捕获样品分析也发现太湖肉食性鱼类各组织均检出一定量的MC,显示了MC沿食物链传递的潜在威胁；梅梁湾暴露鲤鱼肝脏产生氧化应激,其强度与环境因子(水体温度和pH值)和蓝藻水华衍生产物污染水平(如藻密度、MC-LR/RR浓度等),以及MC组织内暴露浓度有着密切联系；氧化应激导致的生物大分子过氧化水平与与内源性ROS强度显著性正相关(p<0.05)；不同原位点鲤鱼肝脏的GSH和GSSG变化最为敏感,且梅梁湾水域样品GSH/GSSG比值显著低于室内对照和胥口湾的鲤鱼,活性氧、GSH和GSH/GSSG比值对蓝藻水华暴露的敏感性显示其具有成为指示蓝藻水华污染生物标志物的潜力。太湖不同水域原位暴露后鲤鱼肝脏共产生显著差异表达蛋白148个,通过MALDI TOF/TOF质谱成功鉴定其中57个蛋白,分析发现不同的生物学通路参与到蓝藻水华暴露对鲤鱼肝脏的毒性作用中；通过对比研究,发现蓝藻水华暴露下的重要肝脏毒性机理与微囊藻毒素致毒机理类似；蓝藻水华暴露对鲤鱼肝脏产生氧化应激、线粒体应激和内质网应激,干扰鲤鱼肝脏相关代谢通路,促进氨基酸代谢和TCA循环,并抑制肝脏糖代谢,而这些效应可能跟微囊藻毒素和氨氮胁迫相关。4.通过对MC-LR与阿特拉津复合污染的初步研究,我们发现MC-LR单一及其和阿特拉津复合作用能诱导鲤鱼肝脏产生一定程度的氧化应激,但生物体的自我修复会将自由基和过氧化损伤水平调节至正常。在考察的浓度范围内,MC-LR单一作用和复合污染下显著影响的指标有所不同,复合污染中MC-LR不同浓度对几个指标的影响力大小比较为：MDA> PP>ROS>GSH>SOD>GST>CAT。进一步研究发现,MC-LR单一及其和阿特拉津复合作用可以引起鱼体肝脏和鳃组织比较明显的组织病理学变化,需要注意的是,复合污染(1μg L-1 MC-LR+5lμg L-1 Atrazine)显著加重肝脏病理变化程度,且诱导肝脏细胞发生显著的细胞凋亡,表明这两种化合物低浓度长期共存下的潜在风险。5.对本文中所有考察的较低污染水平胁迫下ROS强度以及与之联系的受试生物体内MDA水平,分别对其对应的对照组数据作标准化,可以看出蓝藻衍生物胁迫下,生物机体的脂质过氧化水平与ROS强度有着显著的正相关关系,这种关系与生物种类和处理方式并没有太多联系,因此,生物机体的大分子过氧化是由内源性ROS是直接介导的。上述研究表明,氧化应激在蓝藻水华衍生物胁迫下对湖泊典型水生生物的毒作用机制占有重要的地位,但是相关敏感生物标志物的实际应用还需结合更多的水质监测和其它特征毒理学变化,蓝藻水华衍生物在环境浓度下对水生生物具有一定的风险,本研究有利于揭示蓝藻水华对水生生物的真实作用机理,为建立湖泊生态安全早期诊断指标体系和相关安全阈值提供科学依据。