（微生物学专业论文）基于化感作用的环境友好型抑藻剂的研究.pdf

摘要 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1 5 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( 4 触，z 扰“m 纪小口陀琊pd h 0 1 ) 抑制作用较强的有乌梅( f m c t i l sm u m e ) 、黄连( r j l i z o m a c o p t i d i s ) 、大黄( r a d i xe tr h i z o m ar h e i ) 、绿茶、槟榔( s e m e na r e c a e ) 、大 青叶( f o l i 啪i s a t i d i s ) 等6 种材料，处理浓度为1gl 。时1d 侬为9 0 1 3 1 0 0 ； 其次是红茶、板兰根( r a d i xi s a t i d i s ) 、苦参根( r a d i xs o p h o r a ef 1 a v e s c e n t i s ) 、 鱼腥草( h e r b ah o u 彻y 1 1 i a e ) 、鹤虱( f m c t u sc a 平e s i i ) ，1d 豫为7 4 7 7 8 8 3 1 ； 此外，高抑藻率( 9 0 1 0 0 ) 至少可以保持5d 。使君子( f m c t u sq u i s q u a l i s ) 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( 么细聊口昭舢pd h 0 1 ) 、锥状斯氏藻( 钇r 勿卵f 已抛加c 矗o f 冼口) 、 链状亚历山大藻( 么胞，z p 妇d h 0 1 ) 和彳册幻口，z “朋d h 0 1 等几种赤潮藻类， 其有效抑藻浓度为0 0 4 。不能抑制微小亚历山大藻( 么搠历z l m 聊t w 0 1 ) 及牟 氏角毛藻( c 锄口p 幻c e 脚所“p 一) 。此外，还发现大蒜素也具有抑制a t d h 0 l 的 能力，有效抑藻浓度为lm gl 。藻液经大蒜液及大蒜素处理3h 后( 有效抑藻 浓度下) 抑藻率一般能达到9 0 以上。 摘要 2 、阐析了大蒜抑藻剂的抑制机理 以彳砌聊口比瑚ed h 0 1 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a t d h 0 1 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c a t 酶活力，降低s o d 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，l o o 水浴1h 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2 4 - h 三o d 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1 0m gl 1 在9 6h 不会明显影响小球藻( c a 幻愆妇s p 。) 、 球等鞭金藻( 厶d 幽那捃肜z 加行口) 及牟氏角毛藻的生长，0 3 2 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、蒙古裸腹潘、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 古裸腹潘、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一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 i i 摘要 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1 0 ，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。 关键词：抑藻剂；环境友好；生态安全；化感作用；中草药；大蒜 i a b s t ra c t a b s t r a c t n o w a d a y s ，h 枷f u la l g a eb l o o m s ( h a b s ) i saw o 订d w i d ep h e n o m e n o nm a th a u s 1 酣t ot h ed e t e r i o r a t i o no fa q u a t i ce n v i r o n m e i l t s ，p r e j u d i c i n gm em a n yu s e st ow h i c h m ew a t e ri sp u t ，a i l dt l l ed e v e l o p m 咖a i l da p p l i c a t i o no fa l 百c i d e sh a sb e e nc o n s i d e r e d 嬲o n eo fm ep o t e n t i a lm e t h o d st oc o n 臼r o lh a b sa v a i l a b l y b a s e do nt l l ea l l e l o p a m y a n du s i n ga l 百c i d a lt e s ta n de c 0 1 0 百c a ls a f e t ya n a l y s i so fs o m en a t u r a lp l a n tm a t e r i a l s ， s e v e nh a b s - i 1 1 h i b i t o r ss h o w i n gs 仃o n ga l g a li i l l l i b i t i o na n d1 0 w s kf o ra q u a t i c e r 的l l l ：n e mw e r ed e v e l o p e d ，觚dt l l ee f f - e c t so fe i i r o m n e n t a lc o n d i t i o n sa 1 1 d s o r b e n t so nm ea l 酉c i d e sw e r es t u d i e d m e a n w m l e ，t l l em e c h a l l i s m so fa l g a l i n l l i b i t i o n h a v eb e e i ls t u d i e db ym e a l l so fm er e s e 卸c ht 0t l l ea l g a lp h y s i o l o g y 锄db i o c h e m i s t t h ed i s s e r t a t i o np r o v i d e sn l eb a l s i ck n o w l e d g ef o rf h r t t l e r a p p l i c a t i o no fm e s e a l 百c i d e s t h em a i nr e s u l t so f t l ：l i ss t u d yw e r ea sf o l l o w ： 1 a c c o r d i n gt 0m ea l l e l o p a m yr e l a t i o n s h i p ，s e v e r a lm a t e r i a l sw i ms t r o n ga l g a l 砌i t i o nh a v eb e e i ls c r e e n e do u t 舫mf i 缸e e n s p e c i e so ff - a m i l i a rv e g e t a t i o n a c c o r d i n gt 0t l l ei i l h i b i t o 巧r a t e s ( 职) ，m ei i l l l i b i t o r yt i m e ，t l l ee f r e c t i v ei n l l i b i t o 巧 c o n c e l l 蹴i o n sa 1 1 ds oo n a sf o rar e d t i d ec a u s i n ga l g a “琵搬刀西f 扰聊细扰口陀珊ps 仃a i n d h 0 1 ，t h em o s te 庙e c t u a li i l l l i b i t o d ，m a t e r i a l sw e r ef o m l dt 0b ef 1 1 l c t u sm u m e ， i t m z o m ac o p t i d i s ，r a d i xe tr j l i z o m ar h e i ，g r e e i lt e a ，s 锄e na r e c a e ，f o l i 啪i s a t i d i s ， w i lm eldz 冠a tc o n c 锄仃a t i o nlgl q6 0 m9 0 1 3 t 01 0 0 ；f 0 1 l o w e db yr e d 白 r a d i xi s a t i d i s ，r a d i xs o p h o r 扯f 1 a v e s c e n t i s ，h 盯b ah o u t t u 河a ea n df m c t u s c a 印e s i i m ，w m c hld z rw a sm o r et 1 1 a n7 0 ( 7 4 7 7 8 8 31 ) ；m o r e o v e f t l l e1 1 i g hz r ( 9 0 10 0 ) c o u l dl a s ta t1 e a s t5d a y s 。h o w e v f r u c t u sq u i s q u a l i sc o u l d n ti i 灶b i t a t d h 0 1 t h e a l g a l i n l l i b i t i o nt e s ts h o w e dt h a th e r bc o m b i n a t i o n ss u c ha l sr a d i xi s a t i d i s + r a d i xs o p h o r a ef l a v e s c e n t i s ，r a d ：i ) 【i s a t i d i s + h 砷ah o u t t u 姗a e ，h e f b a h o u t t u ) ，i l i a e + r a d i xs 叩h o r a ef l a v e s c e n t i sa i l ds oo ni m b i t e da l g a em o r ee 俄c t i v e l ym a nt h a t m e s eh e r b si 1 1 d i v i d u a l i i la d d i t i o n ，m er e s i d u ao f 黟e e i lt e ad u l l l ( e dm a n yt i m e s ， h a v i n gs t i l lg o o da l 百c i d a le 髓c t ，s h o u l db ep a i da t t e l l t i o nt ob e c a u s ei tm a yb ea c h e a pr e s o u r c eo fa 1 舀c i d e s a a b s t r a c t t l l ei 1 1 l l i b i t i o no fs i x 伽n i l i 盯r e d - t i d ec a u s i n ga l g a eb yg 砌i cs 0 1 u t i o nw e r e r e s e a r c _ h e d ， a n dm er e s u l t ss h o w e dm a tg a r l i cs o l u t i o nc a ns t l 0 n 西yi n m b i t 彳砌，z 口陀玎s ps t r a i l ld h o 1 ，毙伽f p ，肠f ，o c j l l d f c 抬口s 仃a i nx m 01 ，么c 口纪珂已，缸s 仃a i n d h o la r l d 彳s 口幻口，z “朋s 仃a i nd h 0 1w i ma ne f r e c t i v ec o n c e n 缸a t i o n0 0 4 ，b u ti t e i l d o w sn oi i l l l i b i t i o nt 0 彳，z 砌“f 姗zs 仃a i nt w 0 1a i l d ( 玩口p 幻c p 删朋“p ，比死m o r e o v 瓯 d i a l l y l t r i s u l f i d ew a sa l s of o u n dt 1 1 ei 1 1 1 1 i b i t i o nt oa t d h 01 锄dm ee 脏c t i v e c o n c e i l 廿a t i o nw a s1m gl b o t l lg a r l i cs 0 1 u t i o na i l dd i a l l y l 仃i s u l f i d ec a l li i l l l i b i ta l g a e f 瓠t ，g e n e r a l l y t 1 1 ea l g a li n m b i t o 叫r a t ew e r em o r et h a i l9 0 a r e r3h o u r se x p e r i m e n t a tt 1 1 ee f l e c t i v ec o n c e i l 缸a t i o n s 2 t h em e c h a i l i s m so fg 砌i ca 1 百c i d ew e r ea l s oc l 撕f i e d 么舰肌口旭珊ps t r a i nd h 01 w 嬲u s e da st h em o d e la l g at 0s t u d y 也ee 虢c to fg a r l i cs 0 1 u t i o na 1 1 dd i a l l y lt r i s u l f i d e o nt l l ea l g a lp h y s i o l o g ya 1 1 d b i o c h 锄i s 仃) r t h er e s u l t ss h o w e dm a tb o t l lg 砌i cs o l u t i o n a i l dd i a l l y l 仃i s u l f i d ea tm ec o n c e n 仃a t i o n st e s t e dc 0 u l dd e c r e a s em er e l a t i v ec o n t e n t s o fk e yc o m p o n e n t si na l g a es u c ha sp r o t e i n ，d i l l o r o p h y l la 1 1 dc a r o t e n o i d s w i mt 1 1 e i i l c r e a s eo fn l ec o n c e n 廿a t i o n so fg 砌i cs 0 1 u t i o no rd i a l l y lt r i s u l f i d e ，t l l ea c t i v i t yo f a l g a lc a t a l a s ei n c r e a s e da l s o b yc o n t r a r y ，t 1 1 ea c t i v i t i e so fs u p e r o x i d ed i s m u t a s ea n d a m i - 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h 三( 劲 v a l u e so b t a i n e di nm eg r o w mt e s t so ft h r e ef i 锄i l i a rs p e c i e so fa l g a e ，廿1 et o x i c i t yt e s t s f o rt h r e es p e d e so fz o o p l 幽n s ，t w os p e c i e so fj u v e n i l ep r a w n sa n d 知os p e d e so f j u v e l l i l ef i s h t l l er e s u l t ss h o w e dm a tt l l eg r o w 廿lo f 劬肠陀胞s p ，厶d c 伊括弘批咒口 b a b s t r a c t a i l d 国口p 幻c p ，d sm “e 比一w e r en o ta 髓c t e db yd i a l l y lt r i s u l f i d ei n9 6h o u r s ，e v e nm e c o n c e l l 仃a t i o nw a s1om gl _ 1 ；a n dl i l 【e w i s e ，m eg a d i cs o l u t i o n ( o 3 2 ) c o u l d n t i n l l i b i tc 砌p 幻c p m s 肌“p ，跆一t h et o x i c i t yo fg a u r l i cs 0 1 u t i o no nt h ea q u a t i co r g a m s m s c a i lb er a i l k e d 舶mw e a kt 0s 仃_ o n g 嬲t l l ep o p u l a t i o no f 曰朋幽f d ，l 淞p 矗打胁， r f 矿掷d 聊淞朋巧d ，j u v e l l i l e s ，胁f n 口m d 略d z f c 口 出出) ，c 幻砌f ，z c 埘 c f ”c f 淞 j u v e m l e s ，b 旭c j i l f d ，z 螂p 眈口舢苫( s 锄ea g e ) ，5 一d a y 彳胞朋缸p 口砌p 挖。酽孢鲥c 口，凡聆口p 淞 聊d 刀d 如以j u v e n i l e s ，f 幽叩p n 口p 姗阳力，z 口m “j u v e n i l e s ；a 1 1 dt h er a i l l 【f o rd i a l l y l t r i s u l f i d e w a sp n g m s o m t l sm 匈0 r e n n e s ，m o 讯8m o n g o l i c nd a d a y ，b r n c h i o n u sp t i c a t i l 话 ( s 锄ea g e ) ，c 幻砌f ，l 幽螂c 切c f 淞j u v e l l i l e s ，m ep o p u l a t i o no fb m 如f d ，z 姗p 厅c 口玎凰， 5 - d a y 么r 纪，竹f 口p 口，砌p ，z ( g p ，z p 玎c 口，j 刀口p z 厶，疗z d ，z d c 幻咒j u v 嘶1 e s ，三f 反叩p ，z 以p “sv 口，z 珂口，扎e f j u v e l l i l e s o t h e 刑i s e ，m er e s i s t a n c eo f 缸印2 ，z 以p 淞阳咒，z 口m “j u v e n j l e st ot 1 1 ea l 百c i d e sc 趾 b er a n k e df 1 o ms 仃o n gt ow e a l ( 嬲g r e e nt e 巩s e m e l la c a e ，r “z o m ac o p t i d i s ， d i a l l y l 仃i s u l f i d e ；a 1 1 dm e 础【1 1 ( f o r 心刀口p 螂m 彻d 如，zj u v e i l i l e sw a sc o r t e xf r a x “， h e r b ah o u t t u y i l i a e ，s e i t l e na r e c a e ，r j l i z o m ac o p t i d i s ，孕e e l lt e a ，f m c t u sc a 印e s i i ， s 锄e nt o r r e y a e ，r a d i xi s a t i d i s ，f 1 1 l 咖sm u m e ，r a d i xs o p h o r a ef 1 a v e s c e n t i s ，r a d i x e tr 1 1 i z o m ar h e i ，d i a l l y l 仃i s u l f i d e t l l er a t i oo fe 伍c i e n c yt os a f e t y ( 咫s ) ，a i li i l t e 鲥i v ei s s u eu s e d 丘r s tt h l l ei 1 1t l l e p 印e rc o n s i d 甜n gm ei i 蛳b i t o r ye 低c t ，t o x i c 0 1 0 9 ya l l dc o s to fa l 舀c i d e s ，c a l lh e l pf o r n l ec h o i c eo fc h e a ps a f ea 1 百c i d e s o nm ew h o l e ，m es e v 饥m a t e r i a l s 一伊e e nt e a ， g a l l i cs 0 1 u t i o n ，d i a l l y lt r i s u l f i d e ，c o r t e xf r a x “，h e r b ah o u t t u y i l i a e ，s e m e i la r e c a n dr i l i z o m ac o p t i d i s w e r eg o o da l 百c i d e sw i t l ll o wr i s kf o r t h ea q u a t i c e n v j m n m e n t 4 t h eu s a g e so fa l 百c i d e sh a v eb e e l le l u c i d a t e da c c o r d i n gt om ea l 百c i d a le a e c t so f v 撕o u ss h a p e ss u c ha sw a t e re x t r a c t ，d r ) ，p o w d e ra i l d 丘e e z e d r i e dp o w d m ee 毹c t s o fs o r b e n t sa n dc 删e r so nm ea 1 酉c i d e sa i l dm ea l 百c i d a lc o s t 。s e v e r a la l 舀c i d e sh a v e b e e i lm a d ea i l d a p p l i e d t 0c o n t m l 廿l ea l g a lb 1 0 0 ms i m u l a t e di i ll a b o r a t o f u r t h e 咖o r e ，n l er e a s o n a b l em e m o d sa i l dc o r l d i t i o n sf o rt l l ea p p l i c a t i o no fa 1 百c i d e s w e r es u g g e s t e d f i r s t l y ，t h ec m d ee x 仃a c to fc h i n e s eh 曲sc o u l di 枷b i ta l g a eal i t t l e 矗l s t e rt h a i lt 1 1 ed 巧p o w d b u tt l l e1 a t t e r si n l l i b i t o ue 仃e c tl 嬲t e d1 0 n g e rm 孤m e c a b s t r a c t f o m e r r h eh e r bi n h i b i t o r su s i n gt l l ep o w d e ro fa l o e 似肠pw 加l v a r c 1 1 i n e n s i s ( h a w ) b e r g 。) 0 rk e l p 仁口掰扬口川口歹印铡f c 口) a s l es o r b e n t sh a v el l i 曲职v a l u e s b e c a u s et l l e yc a i ls u s p e i l d1 0 n g s e c o n d l y ，t h eg a r l i ca l 百c i d e su s i n gp 啪i c eo rg a u z e 鹊m ec a m e r sh a d 嬲m u c ha sm e 职v a l u eo f m eg a r l i cs 0 1 u t i o n ，b u ts h o w e d1 0 w e r j r v a l u eu s i n gp o t t e r y 争a i l u l e a l t h o u 曲丘e e z e d r i e dp o w d e ro fg a r l i ca l 百c i d e sh a v e h i 曲e r 豫v a l u em a l lt h e 舶s hg a l l i cs o l u t i o n ( a b o u t10 m o r e ) ，雠s hg 砌i cs o l u t i o n w 嬲s t i l lc 0 n s i d e r 酣a sm u c hm o r ep r a c t i c a b l eo n ew i mi t s1 0 wc 0 s ta 1 1 ds h o r tt i m eo f p r o d u c t i o n f i n a l l y i tc o u l di n l l i b i ta l g a e 凤ta n de x p e d i e n t l yb yp u l l i n gm eb a gf i l l c d w i mg 砌i ca l 百c i d et h r o u 9 1 lt 1 1 ew 种a st l l eb a 笋m a d eo fg a u z e ，f i l 仃a t i o nm e s h0 r n ow o v e nf a b c k e yw o r d s ：a l 百c i d e ；e n v i r o 衄即t - b e n i 印；e c o l o 酉c a ls a f - e t y ；a l l e l o p a m y ；c l l i n e s e h l ：r b ：么胁“，”s 口“v “，1 d 厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立完成的研究成 果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均 在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和厦门大学研究生学 术活动规范( 试行) 。 另外，该学位论文为(乏f 天嫁投) 课题( 组) 的研究成果，获得( 新天矮赢叛) 课题( 组) 经费或实验室的 资助，在( 乏p 受强碱) 实验室完成。( 请在以上括号内填写课 题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特 别声明。) 声明人( 蚴：( 确y 一广口8 年彦月w 日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据中华人民共和国学位条例暂行实施办 法等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交 学位论文( 包括纸质版和电子版) ，允许学位论文进入厦门大学图书 馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国 博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和 摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： () 1 经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ， ( ) 2 不保密，适用上述授权。 ( 请在以上相应括号内打“”或填上相应内容。保密学位论文 应是己经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密 委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权。) 声明人( 签名) ： 乙一莎年矿月叫日 第一章绪论 第一章绪论 藻类爆发是目前频繁出现在海水与淡水水域的一种灾害现象，在海洋中称为 赤潮，在淡水中称为藻华。通常是指水体中某些微小的浮游藻类、原生动物或细 菌，在一定的条件下暴发性增殖或聚集而引起水体变色现象。早在1 9 9 0 年赤潮 就被联合国列为当今世界三大近海污染问题之一，而淡水水华在近年来的频繁出 现更严重威胁到人们的饮用水供应。可以说，藻类爆发危害早已不是改变水色的 景观学问题，它还可能进一步造成水域生态系统的破坏，对人类健康及社会经济 发展都有着深远的影响。因此，控制藻类爆发的研究已成为目前水环境科学研究 领域的一个热点，倍受各国学者关注，也由此发展出多种治理手段。这些方法大 多基于物理学h 别、化学m 1 以及生物学7 。9 1 原理而设计。 目前藻类控制技术主要有：( 1 ) 物理方法：主要有隔离法、超声波及电磁波 法1 0 。17 1 、紫外线辐射法n 引、沉积物干燥法n 钔；稀释法3 、循环水流法陋、微滤机 除藻、粘土或活性炭吸附乜2 2 朝、气浮法等。( 2 ) 生物法：主要有微生物及其他大 型水生或陆生植物抑藻阳一4 。33 1 、动物捕食法等m 。4 0 1 、营养竞争法等3 。( 3 ) 化学法 n 2 。4 钔，应用化学药品直接杀死有害藻类h 1 | 。 上述方法尽管显示出具有一定的除藻潜力，但是，目前藻类控制技术仍然各 有利弊。物理法对低密度或底层藻类的灭杀效果不好、费用高，并且难于大面积 使用；生物法的优点是方法简单，适于在养殖水域使用。但当水体中藻密度过高 时水体内溶解氧低，动物不能生长。同时藻毒素能危及动物的生命或者在动物体 内蓄积，从而危害人体健康；化学法见效快、易操作，但是所用化学药品在生态 系统中存留时间长会带来生态危害，同时易在食物链中通过生物放大作用积累， 给人类健康带来危害。另外，由于赤潮的发生、发展、维持和消亡是一个由多种 理化、生物因子参与共同作用的复杂过程，机理也不甚清楚，使得目前的赤潮防 治策略仍停留在以缓解富营养化状况为主的间接对策上，而有效控制赤潮的方法 也成为人们不断探索的新目标。 第一章绪论 第一节抑藻剂的类型 抑藻剂因其能快速发挥作用，使赤潮现象得到缓解而成为赤潮应急处理的方 法之一，已有许多成功应用的事例。与藻类抑制原理相类似，抑藻剂可以分为物 理性、化学性及生物化学性的。 1 1 物理性抑藻剂 利用天然黄土睛2 ，5 3 1 、粘土、改性粘土的吸附性使藻类得以聚集并沉淀是目前 公认的成本低、污染少的藻类抑制剂h 2 5 4 一副，已成为处理藻类爆发的首选材料。 早在2 0 世纪7 0 年代日本就进行了利用天然矿物治理赤潮的研究，我国则从2 0 世 纪9 0 年代初开始对此也进行了大量的研究及应用洲3 。目前，越来越多的研究 发现通过添加钠盐、铝盐、表面活性剂等可以提高天然粘土的抑藻能力，并降低 抑藻剂对水生生物的毒性n f2 2 2 3 6 u 。 1 2 化学性抑藻剂 化学性抑藻剂又可分为无机及有机化合物性的，在人们应对藻类爆发的各种 努力中，硫酸铜等化学药剂早已被证明能迅速杀灭赤潮藻并被广泛应用于实践中 肺2 制。近年来具有杀藻作用的化学物质不断被发现，如季铵盐类n 3 、二氧化氯h 1 、 氨基酸类等5 6 6 1 。s t e y n b e r g 等h 8 1 ( 1 9 9 6 ) 研究发现二氧化氯是比氯更有效的杀 藻剂。r o b i n s o n 等哺7 1 ( 1 9 9 7 ) 报道在存在c u + 2 的情况下，氯金酸盐能完全抑制 一种海洋中常见的污损硅藻( 彳砚p 幻旭c o 胎口p 加，m 括) ；a m e e l 等畸( 1 9 9 7 ) 采 用胺盐控制藻类。趾m 等怕踟( 2 0 0 3 ) 指出含有1 0m gl 1 表面活性剂的肉汤培养 基能完全抑制施c 加e 晒出口p 懈f ，z d s 口藻华。d r a b k o v a 等哺朝( 2 0 0 7 ) 采用光敏剂、 亚甲基蓝、过氧化氢等活性氧( r o s ) 产生剂对3 种绿藻( 风p “如舫比 以e p 耽 s “6 c 印泐缸，绷p d 缸柳淞g 擞d 以c 伽妇，国肠陀砌娩踞彪一) 及3 种蓝藻 ( $ 玎p c j l l d c d c c 淞甩胁，口埘，施伽哆，出加c 砌，彳玎口6 口p ，l 口s p ) 进行抑制实验，结果 发现，光敏剂及活性氧对这几种藻均有很高的毒性。n a i l a y a l ( 1 ( a r a 等口伽( 2 0 0 8 ) 通过将一价或二价阳离子桥联到9 ，1 0 葸醌类化合物上，筛选出对伪c f 抛幻砌 p e 加肌口细有高选择的毒性及良好水溶性的一价阳离子盐2 n ( 1 甲基乙基) 氨 2 第一章绪论 甲基1 葸醌一磷酸盐。 黜o b o o 等h 们( 2 0 0 2 ) 研究发现三嗪类及苯基脲类除草剂，均有较强的抑藻 能力。j a n c u l a 等嘞1 ( 2 0 0 8 ) 研究了3 1 种酞箐( 苯二甲蓝) 染料及其衍生物对绿 藻n p “如一砌砌，2 p 比如s “6 c 印f 幻细及蓝藻墨朋p c d c d c c 淞刀f 也肠珊的影响，结果 发现杂环取代的阳离子苯二甲蓝染料抑藻作用最强，浓度低至1m gl - 1 即有效 果。d r a b k o v a 等h 7 3 ( 2 0 0 7 ) 指出过氧化氢对5 种受试蓝藻的抑制作用最强，而 对另外3 种绿藻及1 种硅藻效果较差，显示在蓝藻爆发的水体中可以采用h 2 0 2 作为抑制剂。 1 3 生物化学性抑藻剂 人们从自然界中生生相克的现象( 即所谓化感作用) 中发现，从各种生物的 代谢产物或机体内分离有机物可能是寻找抑藻物质的另一个重要途径，这方面的 研究从2 0 世纪9 0 年代开始日渐增多口7 卜鲫。目前，该领域的研究已从发现有抑 藻作用的化感物质进一步深入到对有效的化感物质进行分离、提纯、结构测定、 性质分析、甚至人工合成等一系列的探讨呻h 。但是，这些研究一般还是停留在 实验室阶段，能成为商品化的抑藻剂尚不多见。 第二节基于化感作用的抑藻剂的研究现状 2 1 研究背景 化感作用( a l l e l o p a 1 y ) 根据最早提出这一概念的m o l i s c h ( 1 9 3 7 ) 的定义， 是指在所有的植物，包括微生物之间的有害的( 抑制) 和有利的( 刺激) 生物化 学相互关系鹏刨。此后的研究发现，这一现象广泛存在于自然界中呻蚓。一般认为， 化感作用是生物在进化过程中产生的一种对环境的适应性机制，在物种竞争中起 重要作用，是生态系统中自然的化学调控现象。 有关化感作用研究在陆生植物中进行得相当深入而广泛，成果丰硕。比如， 研究发现化感物质种类繁多，大致可分为酚类、醌类、有机酸、氨基酸、生物碱 等1 4 类化合物油9 删。化感物质的作用机制也相当复杂，可能影响细胞膜的透性、 影响细胞亚显微结构、影响酶的功能和活性、抑制生长、影响植物光合作用及呼 第一章绪论 吸作用等等。总之，植物化感作用首先是对膜的伤害，通过细胞膜上的靶位点， 将化感物质胁迫的信息传送到细胞内，从而对激素、离子吸收等产生影响，而激 素、离子吸收以及水分状况等变化必然引起植物细胞分裂、光合作用等的变化， 从而对植物的生长产生抑制作用。蛇3 。另外，化感作用的突出特点是具有选择性 和专一性，以及极其敏感的剂量一效应关系，有时化感物质只需极低量就能影响 靶细胞生物。 近几十年里，水环境中生物的化感现象已逐渐被揭示。尽管研究远不如在陆 生植物中那么深入及广泛，关于水生生态系统中化感物质的性质及生态作用还知 之甚少，但是，越来越多的研究发现水环境中化感作用现象亦如在其他环境中一 样普遍。比如，研究人员发现在藻类爆发的过程中就经常可以看到化感作用的存 在。实际上，已有一些研究结果表明，通过外分泌物抑制竞争者并引发藻类爆发 性增殖正是化感作用的表现。础c e 咖1 ( 1 9 8 4 ) 将化感作用定义为植物或微生物释放 有机化合物以影响它们潜在的竞争者对资源的利用。当浮游植物在利用相同的有 限资源( 包括营养和光线) 时必然会产生竞争，由此产生一系列的适应并进化出 各种较好地利用一种资源的能力，释