论文导读:：又称土嗅素或土味素。和Geosmin的浓度在ng/L～μg/L的量级。湖泊、水库水中最普遍存在的致嗅物质。重点介绍生物降解2-MIB和Geosmin研究现状。该生物滤池长4m。
论文关键词：土嗅素，2-MIB，致嗅物质，生物降解，微污染，水源水，生物滤池，X524
引言：
饮用水安全问题与人体健康密切相关，是关系到国计民生，影响经济和社会可持续发展、建设环境友好、人与自然和谐社会的重大问题。近年来，水体富营养现象日益加重，尤其是春夏季藻类大量繁殖，导致水体中藻源次生代谢产物—嗅味物质大量产生，严重威胁饮用水安全。
嗅味问题已经成为一个世界范围内的普遍问题。早在1876年Nichols就报道了藻类引发的嗅味问题(Persson 1995)。日本最大的淡水湖琵琶湖(Lake Biwa)自从1969年首次爆发了嗅味问题后，几乎每年夏季都会面临这一问题(Kikuchi, Mimura et al. 1972; Terauchi,Ohtani et al. 1995; Saadoun, Schrader et al. 2001)。1969年秋,芬兰Oulu 海域，由于鱼中的霉味导致当地居民失去大量经济收入(Persson 1992)；70年代末生物滤池，挪威的Mjosa湖中大量的颤藻“水华”所引起的霉味影响了20万人的饮用水供应(Vik,Storhaug et al. 1988)。Suffett等对美国和加拿大的800多个水厂进行了调查，结果表明，43%的水厂曾经发生过持续时间超过1周的恶嗅事件，16%的水厂曾经发生过严重的嗅味问题，这些水厂平均消耗其运行费用的4.5%用于控制水体中的嗅味(Suffett 1996)。
在我国，水体的异嗅异味问题也普遍存在。2007年的太湖水体异味问题更是引发了全国的广泛关注。中国科学院水生生物研究所等单位对我国一些湖泊水体异味问题的调查研究表明，在滇池、太湖、巢湖、东湖等富营养化湖泊中这一问题十分严重(徐盈,黎雯 et al. 1999; 雷腊梅, 宋立荣et al. 2001; 宋立荣, 李林 et al. 2004)论文格式模板。以往仅见于相对静止的湖泊等水体的藻类繁殖现象在河流之中也开始出现，已危及我国大面积饮用水水源水的质量及饮用水安全。在饮用水水源污染日益加剧和饮用水标准不断提高的双重压力之下，我国饮用水行业面临空前的挑战。因此，开展嗅味物质的去除机理与技术研究的需求十分迫切。
在目前的技术水平下，已经可以检测10余种水中产生嗅味的物质，主要有2-甲基异冰片(2-Methylisoborneol)、1,10-二甲基-9-十氢萘醇(Geosmin)、2-乙丁基-3-甲氧基吡嗪(IBMP)、2-乙丙基-3-甲氧基吡嗪(IPMJP)、2,3,6-三氯茴香醚(TCA)和三甲基胺等(Lauderdale,Aldrich et al. 2004)。其中2-Methylisoborneol (2-MIB)和Geosmin是除了氯以外，湖泊、水库水中最普遍存在的致嗅物质，也是研究最多的致嗅物质，在饮用水标准中规定了这两种物质的浓度限值。
在天然水体中，2-MIB和Geosmin的浓度在ng/L～μg/L的量级，属于痕量物质，其嗅阈值均在10ng/L以下。由于这两种物质在自然环境中的浓度一般非常低，受到检测手段的限制生物滤池，对这两种物质的研究是近年来随着色谱-质谱(GC-MS)技术发展才逐渐展开的。特别是固相微萃取技术（solid-phase microextraction，SPME）的发明，极大地推动了2-MIB和Geosmin的相关研究。目前，采用顶空法固相微萃取工艺结合GC-MS分析方法，可以定量测定5～100ng/L浓度范围的2-MIB和Geosmin(张德明，徐荣et al. 2006；张锡辉，伍婧娉 et al. 2007)。
本文主要介绍关于水体中致嗅物质的2-MIB和Geosmin的性质、来源、降解途径等方面的研究进展，重点介绍生物降解2-MIB和Geosmin研究现状。
1. 致嗅物质2-MIB和 Geosmin的性质
2-MIB (2-methylisborneol)，2-甲基异莰醇，又称2-甲基异冰片，标准状态下为无色液体，是一种霉味物质，其嗅阈值为9ng/L(Elhadi, Huck et al. 2004)。Geosmin，1,10-二甲基-9-十氢萘醇，又称土嗅素或土味素，标准状态下为黄色透明液体，是一种土味物质，其嗅阈值为4ng/L(Pirbazari, Borow et al.1992)。Gerber在1968年阐明了Geosmin的化学结构(Gerber1968)，Rosen及其合作者在1970年首次在天然水体中分离出Geosmin。这两种物质的分子结构图见图1。这两种物质都存在正反异构体生物滤池，只有(-)-2-MIB和(-)-Geosmin才会引发土霉味。
2-MIB如果接触或者吸入人体，对皮肤或粘膜产生不可逆转的损伤。Geosmin则对眼睛有刺激作用。这两种物质均会引发一些身心不适，包括头疼，压力大，或者胃部不适等(Young, Horth et al. 1996)。水体中的2-MIB和Geosmin会在水生生物体内富集，引起生物味道的改变，进而影响到渔业产品的质量(Martin, Bennett et al. 1988;Persson 1995; Smith, Boyer et al. 2008)论文格式模板。
关于这两种物质的毒性，仅开展了一些其急性毒性的研究，而这些研究中使用的2-MIB和Geosmin浓度都远远超过它们在天然水体中的浓度，慢性暴露对生物体的长期性影响的研究尚未见报道。如，Dionigi 等人测定了这两种物质对沙门氏Salmonella typhimurium (TA98 和TA100 测试菌株)的毒性，结果表明，当这两种物质的浓度超过嗅阈值6个数量级时，仍未检测到细胞突变; 2-MIB和Geosmin的浓度高于45.2和18.1mg/L时，对测试菌株的生长有抑制作用(Dionigi, Lawlor et al. 1993)。Nakajima开展的Ames试验结果表明，这两种物质对测试菌株没有致突变性，但是对测试菌的生物活性有抑制作用。2-MIB和Geosmin对海胆发育时的形成受精膜的半抑制浓度分别为68.77mg/L、16.67mg/L；对海胆细胞裂解的半抑制浓度分别为66.86mg/L、16.58mg/L(Nakajima,Ogura et al. 1996)。Gagné等人在15℃条件下将红鳟鱼的肝细胞暴露在2-MIB和Geosmin中48个小时，发现当2-MIB和Geosmin的浓度分别为10mg/L和0.45mg/L时，能够引发鱼肝细胞DNA链的断裂(Gagne, Ridal et al. 1999)。 Lauderdale等人发现以2-MIB为碳源时生物滤池，其浓度在5~10mg/L范围内对细胞生长具有一定的毒性(Lauderdale, Aldrich et al.2004)。
2. 2-MIB和Geosmin的产生来源及分布
1969年，Medsker和Gerber首次报导了2-MIB是一种放线菌的天然代谢产物(Gerber1969)。Gerber 等于1965年第一次明确指出引起水体中土味的物质主要是放线菌的代谢产物Geosmin(Gerber and Lecheval.Ha 1965)。虽然最初发现2-MIB和Geosmin是放线菌的代谢产物，大量研究表明，在富营养化的水体中，蓝细菌是致嗅物质的主要来源；而在贫营养的环境中，放线菌则是2-MIB和Geosmin的主要来源(Persson1992)。
蓝细菌是一种原核生物，由大量且不均一的光合细菌组成，以前也被称作蓝绿藻。蓝细菌的形态有单细胞和丝状体两种。蓝细菌的营养要求比较简单，不需要维生素，能以硝酸盐或氨作为氮源。大多数种能够固氮，许多种为专性光能生物。蓝细菌广泛分布在陆地、淡水及海洋中，在营养丰富的淡水湖中，它们大量繁殖，形成“水华”(郭俊涛,卢小辉 et al. 2007)。
目前鉴别出来的能够产生2-MIB和Geosmin的蓝细菌包括Anabaena（鱼腥藻）, Geitlerenema, Hyella,Jaaginema, Leiblenia, Oscillatoria（颤藻）, Phormidium（席藻）,Planktothrix, Porphyrosiphon, Pseudoanabaena（假鱼腥藻）,Schizothrix, Symploca 和Tychonema等(Watson2003; Izaguirre and Taylor 2004)。
