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《中国海洋大学》 2011年
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中草药对铜绿微囊藻的抑制作用及机理研究

张树林  
【摘要】:铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华的发生,导致养殖水环境恶化、对养殖对象造成危害,破坏水体生态环境平衡,为此本文研究了中草药对铜绿微囊藻的抑制作用及机理,为研制高效环保的铜绿微囊藻抑制剂提供参考。本文通过一系列的抑制铜绿微囊藻毒性实验,筛选出抑藻能力较强的中草药黄连,并就其主要成分生物碱对室内外铜绿微囊藻、模拟微生态系统及主要环境因子对抑藻效果的影响进行实验研究,并对生物碱抑制铜绿微囊藻的机理从藻类光合作用、抗氧化系统及超微结构等方面进行了深入系统的研究。获得以下有价值的研究结果: (1)首次筛选出高效的铜绿微囊藻抑制剂中草药黄连。室内毒性实验结果表明,黄连对铜绿微囊藻的有效抑制浓度为0.100%(W/V),96 h抑制率达到95.15%,线性方程为Y = 1 .6510?4.5192×C?0.008×T(Y:藻细胞密度,C:黄连浓度,T:作用时间)。 (2)揭示了黄连对铜绿微囊藻的抑制是通过其主要成分生物碱的化感作用完成的。实验结果表明,无论是从黄连中提取的还是工业合成的小檗碱对室内培养及天然生长的铜绿微囊藻均有很好的抑制效果,其中0.020%的小檗碱96 h时对室内培养及天然生长的铜绿微囊藻的抑制率均达90.00%以上。小檗碱对模拟微生态系统水体主要水化指标和其它浮游生物虽然也有不同程度的影响,但总体对养殖对象草金鱼(Carassius aurutus)的成活并没有产生明显的不良影响(p 0.05)。 (3)比较系统地揭示了生物碱抑制铜绿微囊藻的机理。生物碱处理铜绿微囊藻细胞后,生物碱通过与铜绿微囊藻细胞DNA结合,破坏DNA结构,使铜绿微囊藻细胞超微结构受到不同程度损伤,藻细胞的类囊体及藻胆体数目减少,藻青素颗粒、质体小球及多磷酸盐体增多,铜绿微囊藻细胞膜及细胞壁出现破裂,使细胞膜选择通透性发生改变,藻胆蛋白各组分相对百分含量发生变化,Ca~(2+)Mg~(2+)-ATPase酶活性受到抑制,光合作用受到影响,同时藻细胞MDA含量和O_2~-活性随生物碱浓度升高和处理时间延长而增加。低浓度的生物碱使SOD活性和GSH含量升高,高浓度的生物碱SOD活性降低,进而引起藻细胞氧化损伤。由此可见,生物碱可以破坏铜绿微囊藻细胞DNA和超显微结构,改变藻细胞膜离子通透性,抑制Ca~(2+)Mg~(2+)-ATPase活性,使光合作用无法正常进行,引起O_2~-活性升高,降低SOD活性,破坏抗氧化酶防御系统,进而导致膜脂质过氧化,使新陈代谢过程受抑制,最终导致藻细胞死亡。
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