Effect of Chlorination on Cyanotoxin DAB and AEG Release and Degradation for Microcystis aeruginosa

摘要

2-4-二胺基丁酸 (DAB)以及N-2-(氨乙基)-甘氨酸 (AEG)為神經毒素β-methylamino-L-alanine (BMAA)常見之同分異構物。DAB以及AEG產生已被報導其可以由超過10種的藍綠菌產生，DAB以及AEG同樣具有神經毒性而DAB更具有肝毒性，若是淨水廠進水含有高濃度的藍綠菌，民眾可能飲用含有DAB或AEG之飲用水。氯作為臺灣水廠最常使用的氧化劑，因此有必要去了解藍綠菌加氯後釋出及氧化劑是否能夠降解DAB以及AEG。然而DAB以及AEG與氯之反應常數並未被報導，因此在本研究中也會針對DAB以及AEG與氯的反應途徑、中間產物的形成、反應動力進行探討。 本研究以固相萃取法進行濃縮水樣中之DAB以及AEG，並透過液相層析串聯式質譜儀(LC-MS/MS)進行定量水庫及水廠濃度及偵測氯化時產生中間產物。在本研究中調查臺灣及離島共9座水庫及其淨水廠，調查結果顯示DAB以及AEG在清水中出現頻率分別為62%以及64%。在氯化的過程中，每種中間產物含有1-2個氯，其中DAB形成5種中間產物，AEG形成4種中間產物，而DAB以及AEG氯化形成中間產物以二階反應進行，在pH=8 2時DAB以及AEG與氯反應常數k1分別為8 74×104 M-1s-1以及2 65×104 M-1s-1 ; 氯化之中間產物在系統中存在餘氯時，會繼續與氯進行反應且遵守二階反應，DAB以及AEG中間產物與氯反應常數k3分別為7 46 M-1s-1以及3 55 M-1s-1 ; 若當系統中餘氯用盡，DAB以及AEG中間產物會以一階反應自體降解，DAB以及AEG中間產物自體降解常數k2分別為0 032 min-1以及0 009 min-1，以上這些反應常數有助於在本研究中建立藍綠菌釋出及降解DAB以及AEG之模式。 微囊藻(Microcystis aeruginosa)為臺灣湖庫中常見之藍綠菌且其也被報導為具有能力產生DAB以及AEG，本研究進行加氯實驗探討微囊藻細胞完整性與代謝物釋出及降解之關係。由氯化的結果可以發現微囊藻中AEG以游離態的形式存在而DAB以蛋白質鍵結態的形式存在，在氯化的過程中AEG由藻體釋放，由於藻細胞破裂速率遠高於k3，因此AEG會累積在系統且在20至30分鐘達到最高濃度。當餘氯用盡時觀察到AEG有降解現象，推測是由於自體降解反應，但其反應速率為偵測到之3倍高，而大部分的DAB濃度維持在一定濃度且留在藻細胞中。但當系統中存在餘氯時，DAB濃度提高推測為氧化劑可能打開部分細胞結構的鍵結導致偵測到更高濃度 ; 此外也有觀察到AEG濃度有些微下降，推測主要是由於餘氯降解造成。本研究中可以了解到在淨水廠清水中測到AEG是存在可能性，DAB並無釋出的現象且所有DAB皆留在細胞內。

獎項日期	2020
原文	English
監督員	Tsair-Fuh Lin (Supervisor)