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基于化感作用的环境友好型抑藻剂的研究

周立红  
【摘要】: 当前,有害藻类爆发现象是一个全球性问题,能导致水环境恶化、损害水体正常利用,而抑藻剂的开发与应用被认为是效果显著和极具潜力的应对措施之一。本研究论文以化感物质抑藻的新理念为基础,广泛发掘抑藻剂资源,结合生态安全性分析等进行系列的实验研究,研制出7种抑藻能力强的环境友好型抑藻剂,并探讨环境条件和吸附剂等对抑藻剂抑藻作用的影响。同时,还根据藻类的生理和生化性质进一步探讨抑藻剂的抑藻作用机理,为抑藻剂的科学应用提供理论依据。通过研究获得了如下主要结果: 1、筛选出多种具有高效抑藻活性的材料 根据化感作用原理,选择15种常见陆生植物为原材料进行抑藻实验,通过比较抑制率、抑制时间、抑藻浓度等参数,筛选出对塔玛亚历山大藻(Alexandriumtamarense DH01)抑制作用较强的有乌梅(Fructus Mume)、黄连(RhizomaCoptidis)、大黄(Radix et Rhizoma Rhei)、绿茶、槟榔(Semen Arecae)、大青叶(Folium Isatidis)等6种材料,处理浓度为1 g L~(-1)时1 d IR为90.13-100%:其次是红茶、板兰根(Radix Isatidis)、苦参根(Radix Sophorae Flavescentis)、鱼腥草(Herba Houttuyniae)、鹤虱(Fructus Carpesii),1 d IR为74.77—88.3 1%;此外,高抑藻率(90-100%)至少可以保持5 d。使君子(Fructus Quisqualis)不具抑制该藻的能力。进一步研究了板兰根、苦参根、鱼腥草、黄连及槟榔等5种药物两两联用的抑藻作用效果,结果显示,板兰根+苦参根、板兰根+鱼腥草、鱼腥草+苦参根等联合使用比单种时抑藻效果明显加强。另外,还发现经反复冲泡后的绿茶渣仍然具有很好的抑藻作用,其资源再利用价值值得关注。 研究了大蒜液对常见的6种赤潮藻类的抑藻谱,结果显示:大蒜液可强烈抑制塔玛亚历山大藻(A.tamarense DH01)、锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)、链状亚历山大藻(A.catenella DH01)和A satoanum DH01等几种赤潮藻类,其有效抑藻浓度为0.04%。不能抑制微小亚历山大藻(A.minutum TW01)及牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)。此外,还发现大蒜素也具有抑制ATDH01的能力,有效抑藻浓度为1 mg L~(-1)。藻液经大蒜液及大蒜素处理3 h后(有效抑藻浓度下)抑藻率一般能达到90%以上。 2、阐析了大蒜抑藻剂的抑制机理 以A.tamarense DH01为模式藻研究了大蒜液及大蒜素对藻生理生化的影响,结果发现实验浓度下大蒜液及大蒜素能使ATDH01藻的蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素等重要组分的相对含量降低,提高藻的CAT酶活力,降低SOD酶及抗超氧阴离子自由基相对活性;同时,能明显降低藻的光合作用速率、增加呼吸速率。可见,大蒜液及大蒜素是通过改变藻的重要的细胞物质组成,使其生理功能异常,进而导致细胞活动受抑制甚至发生死亡。另外,还发现大蒜液的抑藻性能相当稳定,100℃水浴1 h对其影响不大,而保存时间及温度对其抑藻能力也没有明显影响。 3、评价了抑藻剂的生态安全性 研究了抑藻剂对常见3种有益藻类的生长抑制,以及对3种浮游动物、2种稚虾和2种幼鱼的毒害作用。根据24-h LC_(50)对抑藻材料生态安全性进行分析,结果发现大蒜素浓度高达10 mg L~(-1)在96 h不会明显影响小球藻(Chlorella sp.)、球等鞭金藻(Isochrysis galbana)及牟氏角毛藻的生长,0.32%大蒜液不会影响牟氏角毛藻生长;大蒜液对各种生物的毒性由小到大为:褶皱臂尾轮虫群体、真鲷幼鱼、蒙古裸腹溞、花尾胡椒鲷、褶皱臂尾轮虫(同龄)、5日龄卤虫、斑节对虾稚虾、凡纳滨对虾稚虾;大蒜素对不同动物的毒性由小到大为:真鲷幼鱼、蒙古裸腹溞、褶皱臂尾轮虫(同龄)、花尾胡椒鲷幼鱼、褶皱臂尾轮虫群体、5日龄卤虫、斑节对虾稚虾、凡纳滨对虾稚虾。 凡纳滨对虾稚虾对抑藻材料的耐受能力由强到弱为:绿茶、槟榔、黄连、大蒜素。斑节对虾稚虾对抑藻材料的耐受能力由强到弱为:秦皮、鱼腥草、槟榔、黄连、绿茶、鹤虱、榧子、板蓝根、乌梅、苦参根、大黄、大蒜素。 本论文所提出的效率-安全比概念综合考虑了抑藻剂的抑藻效果、生态安全性、成本等因素,有助于完善有实际应用价值的生态安全抑藻剂的筛选,由此发现绿茶、大蒜液、大蒜素、秦皮、鱼腥草、槟榔、黄连是抑藻效果好、环境风险低的抑藻材料。 4、提出了抑藻剂的应用策略与实施方法 通过比较抑藻材料在水浸提液、干粉、冻干粉等不同形态下的抑藻能力,观察不同吸附剂及载体对抑藻能力的影响,结合抑藻剂的成本分析,制备了几种抑藻剂成品,并提出了抑藻剂的使用水域及较为合理的使用方法。发现中草药等抑藻材料水浸提液与干粉的抑藻能力基本相当,前者作用速度略快,但后者作用持续较长;采用芦荟和海带干粉作为吸附剂可延长中草药抑藻剂在水层中的停留及作用时间,进而提高抑制率。 采用浮石、纱布为基质的大蒜抑藻剂抑藻能力比陶粒大蒜抑藻剂强;大蒜滤液、蒜渣及全蒜冻干粉的抑藻效果优于新鲜大蒜滤液,抑藻率约相差10%,但是考虑到制作成本及时间等因素,使用新鲜大蒜液抑藻更切实可行。采用纱布、筛绢或无纺布拖袋方式使用大蒜抑藻剂,是高效、方便、快速的方法。


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