水中藻類毒素的監測

 
2017/01/06 范賢娟 | 《科學發展》特約文字編輯
水庫中的藻華 水庫優養化會造成藍綠藻過多,導致水質快速惡化。(圖片來源:種子發)
  • 水庫中的藻華
  • 水庫優養化會造成藍綠藻過多,導致水質快速惡化。(圖片來源:種子發)
 
水是生物生存所必須的,對現代人而言,攸關身體健康、環境清潔與生活品質,因此自來水水質的好壞倍受關注。但水質的良窳該如何監測呢?

舉一個大家都熟悉的例子,如水庫優養化會造成藍綠藻過多,導致水體生態系統急遽改變,水質快速惡化,因此監測人員常以檢測水中的磷含量、葉綠素含量、透明度等項目來評估。但有的問題卻不是這麼容易解決的,例如高屏地區的用戶十幾年前就不斷反映自來水有怪味,然而當時水廠認為這些經傳統方法處理過的水在各項分析指標中都達到標準,飲用應該沒有問題。惟民眾仍然相信自己的感覺,而對自來水沒信心。

成功大學環境工程學系的林財富特聘教授專長在水源中藻類代謝物的分析、鑑定與處理,在剛回國時便被環保署邀請針對高屏地區的自來水怪味做調查研究。他發現那些異味來自於水中含有某些由藍綠藻衍生的物質,如土臭素(geosmin)、霉味素(2−MIB)等。研究顯示它們對人體健康與環境並無直接的威脅,但是只要少許含量便會令人產生不悅的感覺,也讓人對水質失掉信心。

之後,林教授便針對各項水質指標與去除水中異味的監測方法等議題去做研究。整體而言,這是一個複雜的系統,從上游與水庫周遭環境的維護、取水點的選擇,到水廠處理方法都有很多可以探討與改進的地方,雖然文獻顯示已研發出許多方法,但並沒有一個普遍適用的標準做法。

就監測來說,若只是看到相關性,未必就能找到明確的機制。例如前述所提的土味、霉味是由某些特殊的藍綠藻產生的,有人建議就直接把藍綠藻的多寡當作味道輕重的指標,但其實並非所有的藍綠藻都會產生味道;或有人說可以量測所產生的化學物質濃度來判斷,然而這是從結果來作亡羊補牢之舉,因為傷害已造成。到底應如何才能掌握機先呢?林教授希望能研發出更明確可行的方法。

最近他的研究團隊終於開發出「定量連鎖聚合酶反應」(qPCR)的方法,這是從資料庫中篩選出會釋放目標物質(如土味或霉味乃至其他毒素)的藍綠藻的共同基因,再與本土找到的樣本比對,以確認這基因一定會導致藍綠藻釋放目標味道的可能。

接下來把待化驗的水樣本藉由微波或冷凍的方式破壞其細胞,但要避免造成去氧核醣核酸(DNA)的損害,然後用設計出的「引子」把目標基因夾出,再採用qPCR檢測目標菌種基因的數量。研究結果顯示,他所開發出的方法與傳統方法對照後有很好的一致性,所花費的時間卻較短(傳統約需兩天,而他的方法僅需兩小時),並可以在採樣現場即時檢驗(傳統方法須帶回實驗室),儀器也比較便宜,因此可以很快就掌握到水質狀況。

林教授的團隊原本僅在國內的水庫驗證這項分析技術,最近有機會到澳洲及其他國家採取當地水庫的水樣本以驗證土臭味。結果發現即使在南半球,這方法與其他方法也有很好的一致性,而儀器有便宜、是可攜式、能在地採樣檢測、快速得知結果等優點,是其他對照法所不及的。林教授提到,由於檢驗方法會與當地的藻種特性等條件有關,因此到不同地區驗證是必要的。

而他也看到自己的方法是從去氧核醣核酸下手,但這只能找到有最大可能產生味道(或毒素)的菌株,未必就會發現有味道(或毒素)產生。因此他著手改良了設計,擬從核醣核酸(RNA)的檢驗著手,他認為這應該就可以確認製造味道/毒素的反應是否正在進行。由多種方法的互相驗證,希望能讓科學家對這生態圈有更完整的認識,工程師也能精確掌握水中的藻類及毒素,進而提出更好的處治對策。
 
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