固定化抑藻微生物的制备及抑藻活性研究

为探究固定化技术对一株抑藻微生物暹罗芽孢杆菌抑藻活性的影响,选择6种包埋材料组合制备了固定化微球,对微球物理性质、抑藻性能进行了分析.结果发现,利用海藻酸钠(2%)-聚乙烯醇(6%)-活性炭(1%)制备的固定化暹罗芽孢杆菌微球具有较好的机械强度和传质性能,培养4 d后对球形棕囊藻的抑制率达到(78.87±4.88)%.实验还发现,固定化暹罗芽孢杆菌微球表现出与游离菌株相似的长期抑藻能力,预先活化的固定化微球经过5次重复使用,对藻生长抑制率为(76.34±2.21)%.

化感物质提取与抑藻途径研究进展

湖泊水体富营养化问题一直受到国内外的高度重视,已成为全球性的水环境问题之一。但是一直未得到有效解决,利用植物所分泌的化感物质产生化感作用抑制水体藻类爆发,是公认的有效和生态友好手段。植物分泌的化感物质化学性质不同,作用机理也存在很大的差异,根据其作用的机理适当改变其抑藻的方式可以获得更好的作用效果。本文梳理了化感物质的作用机理,罗列了化感物质提取常见的方法即浸泡法、水提法和醇提法(有机物提取法),概述了当前几种主要的化感抑藻作用方式。本研究结果可为进一步深入研究水生生态系统中化感抑藻及相关技术应用提供科学依据。最后对化感物质研究和应用前景进行展望,以期为下一步工作打下认识基础并对控藻技术研究和开发提供指导意义。

微电流电解灭菌抑藻箱在丘陵果园的应用研究

微电流电解灭菌抑藻技术及装置可通过电解时电极上产生的一系列活性物质有效杀灭菌藻,最大限度地避免丘陵果园滴灌系统菌藻堵塞现象。为了寻求一种高效、环保的果园灭菌抑藻方法,文章对微电流电解灭菌抑藻箱进行优化,并通过试验验证其杀灭菌藻的效果。试验结果显示,该装置菌藻杀灭率达91%,持续2 d,且对其他水质指标影响小。多次现场应用检测结果显示,微电流电解灭菌抑藻箱在江西省上犹县和德安县得以推广试用后,对当地典型集蓄雨水的处理能力约为1.5 m~3/h,菌藻灭活率达90%以上,降低了丘陵果园滴灌系统菌藻堵塞风险,为山区特色果业发展提供了技术支持。

不同类型化感物质抑制蓝藻效益比较及联合抑藻效应评述

世界范围内的蓝藻水华持续威胁着水生生态系统功能和人类健康,化感物质凭借其环境安全和对微藻有特异毒性等特征可以短期抑制蓝藻水华的暴发和生长。文章分别概括了酚类化合物、含氮化合物、脂肪酸/酯类、萜类化合物四类化感物质及其衍生物对蓝藻的杀藻效果、潜在机制及特异作用靶点,并依据高效抑藻化感物质(EC_(50)<10 mg/L)的经济成本进一步预估其实际应用潜能。结果表明,单独胁迫下的各类化感物质具不同抑藻特性:脂肪酸/酯类的性价比最优,能以较少剂量对蓝藻产生极强毒性,对蓝藻多样的作用靶点是其具有极强抑制效果的关键,可在0.015-52.95 mg/L浓度范围内将目标蓝藻抑制50%;酚类化合物总数最多、活性普遍较高,半数效应浓度(EC50)为0.05-162.53 mg/L,可通过抑制光合作用、破坏细胞氧化应激平衡和损害细胞壁/膜结构等多种机制抑制蓝藻生长,但高效杀藻酚类化合物的理论成本差异较大,性价比次于脂肪酸位于第二位;含氮化合物对蓝藻生长存在特异性和均匀高效的杀藻作用, EC50集中于0.3-8.14 mg/L,主要通过破坏蓝藻的光合作用、阻断电子传递和破坏细胞结构(包括超微结构)而对蓝藻造成不可逆转的严重损伤,但成本较高、性价比最低而难以广泛实际应用;萜类化合物杀藻作用弱于其他三个类别的化感物质,主要集中于多途径破坏蓝藻细胞的光合功能,但EC50高达25.3-228 mg/L,实际应用也受限。为减少各种化感物质用量、降低经济成本并实现更高效的杀藻效果,文章总结归纳相同和不同类型化感物质联合作用方式和特点,指出化感物质所产生的联合作用效果取决于混合化感物质的数量、作用靶点、混合比例和混合物含量四个因素。综述还提出抑藻靶点多样且互补的化感物质混合(“多靶点组合”)可产生协同杀藻作用,且在混合物中应增加具有高杀藻活性化感物质的比例(“新木桶效应”协同效应)。同时指出依据植物实际分泌物的种类、含量及比例进行多元混合抑藻更易出现协同杀藻作用,为科学、综合、合理地选择和应用化感物质并优化其配比以控制蓝藻水华提供新见解。

基于复合光催化剂材料制备及其抗菌抑藻性能综合性实验教学设计

为强化学生“绿色海洋”理念和可持续发展科研创新思想,设计了光催化剂复合材料的制备及其抗菌抑藻性能综合性实验。实验涉及TiO_(2)复合光催化剂的制备、结构和光化学性质表征及抗菌抑藻性能评价等多个环节,有利于学生将无机化学、分析化学等理论知识灵活运用,激发学生的科研兴趣,并有利于提升学生在科研中融合可持续设计思想。

沉水态圆叶节节菜的化感抑藻作用

【目的】研究沉水态圆叶节节菜Rotala rotundifolia的化感抑藻效果及潜在抑藻机制,可为圆叶节节菜在藻类水华治理工程应用中提供理论基础。【方法】以铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa为代表性藻种,采用超声辅助溶剂浸提方式,研究水、乙醇和石油醚3种溶剂提取物的抑藻性能,并从叶绿素a(Chl a)质量浓度、最大光化学效率(F_(v)/F_(m))及超氧化物歧化酶(SOD)活性等方面比较了圆叶节节菜与6种常见沉水植物的抑藻作用。【结果】圆叶节节菜3种溶剂提取物的抑藻能力从大到小依次为石油醚、乙醇、水,石油醚提取物对铜绿微囊藻有显著的抑制作用(P<0.05),抑制率最高可达99.9%;量效分析表明:圆叶节节菜石油醚提取物有低促高抑现象,半最大效应质量浓度(EC_(50))为11.56 g·L^(-1)(第5天);与常见的沉水植物抑藻效果相比,圆叶节节菜和穗花狐尾藻Myriophyllum spicatum处理的Chl a质量浓度显著低于其他处理(P<0.05,第1天);所有植物处理的F_(v)/F_(m)均显著低于对照(P<0.05);圆叶节节菜和水盾草Cabomba caroliniana的SOD活性分别是对照的1.48和1.53倍,穗花狐尾藻的SOD活性显著下降(P<0.05),而苦草Vallisneria natans、金鱼藻Ceratophyllum demersum、伊乐藻Elodea nuttallii和轮叶黑藻Hydrilla verticillata处理与对照无显著差异。【结论】沉水态圆叶节节菜石油醚提取物具有较强的抑藻效应,表现为减少铜绿微囊藻细胞Chl a质量浓度、降低光化学效率及加剧氧化损伤等,在微囊藻水华防控方面具有较强的应用潜力。

球形棕囊藻抑藻活性化合物筛选及抑藻微球制备

首先评价了胆固醇、棕榈酸单甘油酯、玉米黄素、对羟基苯乙醇、豆甾醇、尿嘧啶核苷、亚油酸、十七烷酸、异植醇、半胱氨酸、海藻糖和二十二碳酸甲酯12种化合物对赤潮微藻球形棕囊藻生长的抑制作用,筛选到最具有抑藻剂开发前景的化合物——亚油酸。在此基础上,将亚油酸制备成微球,采用单因素实验和正交实验相结合的方式得到优化的微球制备条件:亚油酸质量浓度50μg/mL、海藻酸钠质量分数0.500%、CaCl_(2)质量分数1.00%、体系pH 4.0、水浴温度60℃、壳聚糖质量分数0.5%。优化条件下制备得到的亚油酸微球载药率和包封率分别为49.06%、81.76%,对球形棕囊藻的第4天生长抑制率可达52.21%。

基于GA-BP神经网络的CaO_(2)-海藻酸缓释剂的抑藻模型

本文通过原位合成的方式,开发了以Ca O2为活性物质,海藻酸为骨架材料的新型CaO_(2)-海藻酸缓释剂,并借助神经网络、遗传算法的机器学习技术定量研究了在模拟蓝藻水华暴发前夕的自然水体环境下该缓释剂不同投加策略对不同浓度水平铜绿微囊藻生长的抑制效果。实验表明,CaO_(2)-海藻酸缓释剂对各浓度水平铜绿微囊藻的生长抑制效果均表现良好,最大抑制率可达到74.41%。通过模型性能评价,确定GA-BP神经网络模型为该缓释剂抑藻效果的最优化模型。本文对CaO_(2)-海藻酸缓释剂的开发与基于GA-BP神经网络的抑藻模型的确定为该新型缓释抑藻剂的具体投加策略以及蓝藻水华的防治提供了可行思路与方法。

大型海藻中环二肽类抑藻活性化合物的分离纯化

采用茚三酮试剂显色的薄层原位化学反应和抑藻活性检测方法,从龙须菜、条斑紫菜、鹿角藻和裙带菜中筛选环肽,发现龙须菜和条斑紫菜中存在具有抑藻活性的环肽。以龙须菜和条斑紫菜粉末为原料,采用硅胶柱层析和(或)硅胶薄层层析制备等方法,从龙须菜中分离到环(脯氨酸-甘氨酸)、环(丝氨酸-脯氨酸)和环(丙氨酸-色氨酸),从条斑紫菜中纯化到环(亮氨酸-脯氨酸)和环(缬氨酸-酪氨酸)。除环(丝氨酸-脯氨酸)外,其余4种环二肽均是首次从相应大型海藻中获得。环(脯氨酸-甘氨酸)、环(亮氨酸-脯氨酸)和环(缬氨酸-酪氨酸)明显抑制了强壮前沟藻、赤潮异弯藻和球形棕囊藻的生长,对米氏凯伦藻和中肋骨条藻有选择性抑制作用。在50μg/mL时,3种环二肽对强壮前沟藻、赤潮异弯藻和球形棕囊藻的生长抑制率≥50%(第4d);环(脯氨酸-甘氨酸)对米氏凯伦藻以及环(亮氨酸-脯氨酸)对中肋骨条藻的生长抑制率超过或接近50%。随后,获得环二肽对赤潮微藻生长的半抑制效应浓度EC50-96h。结果表明,环(脯氨酸-甘氨酸)、环(亮氨酸-脯氨酸)和环(缬氨酸-酪氨酸)在抑制米氏凯伦藻、球形棕囊藻或赤潮异弯藻方面比重铬酸钾更有优势,有望开发为环境友好型赤潮微藻抑藻剂。

几种植物浸提液对铜绿微囊藻的抑制作用及抑藻特性

以几种常见农作物材料(包括大麦秆、小麦秆、水稻秆、大豆杆、大豆荚、油菜杆和玉米秆)及茶叶为材料,检测它们在灭菌前、后的抑藻效果以及抑藻特性。结果表明:大麦秆、水稻秆、大豆杆、大豆荚和茶叶浸提液对铜绿微囊藻生长都有明显的抑制效果,但灭菌后大麦秆、水稻秆、大豆杆和大豆荚的抑藻效果大大降低,均低于50%。茶叶浸提液在灭菌前、后的抑藻效果一样,而且低浓度的茶叶具有持续、良好的抑藻效果。不同品种的茶叶均具有良好的抑藻效果,对于初始浓度为106mL-1的铜绿微囊藻培养液,6种绿茶的抑藻效果都接近100%,红茶的抑藻效果低于绿茶。放置2年的陈旧茶叶也具有很好的抑藻效果,12 d时0.1 g·L-1茶叶浸提液的抑藻率为43%,0.2 g·L-1茶叶浸提液的抑藻率为92%,质量浓度大于0.4 g·L-1浸提液的抑藻率接近100%。这表明茶叶浸提液对微囊藻的抑制效果明显优于其他蓝藻和绿藻。结论:富含多酚的茶叶浸提液是一种安全高效的有害蓝藻抑制剂。

浒苔抑藻物质的分离及其对赤潮微藻的抑制作用

采用液液萃取法和硅胶柱层析法对抑藻物质EPME(methanol extracts of Enteromorpha prolifera)进行分离,通过监测米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻的细胞数量,观察藻细胞形态,分析分离组分的抑藻活性。结果表明,EPME经液液萃取法分离,获得4个组分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ,得率分别为29.0%、19.0%、12.7%和5.45%。其中,仅组分Ⅱ具有明显的抑藻活性。当浓度为1.0 g/L时,组分Ⅱ对米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻的生长抑制率分别为43.4%、44.9%和54.3%。组分Ⅱ经硅胶柱层析法分离,获得5种组分,组分Ⅱ-A、Ⅱ-B、Ⅱ-C、Ⅱ-D和Ⅱ-E。其中,组分Ⅱ-B和组分Ⅱ-C具有明显抑藻活性,并致使3种赤潮微藻的藻细胞出现空洞、细胞破碎和色素减褪等。进一步采用波长扫描和化合物检测方法,分析出此2种组分中含有内酯、香豆素类化合物,并确定了此2种组分硅胶GF254薄层层析分离的适宜展开剂,为后续纯化奠定了良好的实验基础。

米氏凯伦藻抑藻菌的分离鉴定及抑制效应

从有毒赤潮藻米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)藻液中筛选分离获得一株对米氏凯伦藻具有高效抑制作用的抑藻菌,通过16S rRNA序列分析,抑藻细菌鉴定为海杆菌属(Marinobacter sp.)D-2.研究了抑藻细菌D-2对米氏凯伦藻细胞的抑制作用及抑藻方式.结果表明,D-2对米氏凯伦藻具有高效的抑制作用,抑藻作用方式为通过分泌胞外活性物质的间接抑藻,抑藻效果呈现出时间与浓度依赖性.在1%和3%作用浓度,处理时间3天时,海杆菌D-2对米氏凯伦藻的抑制率达到95%以上,随菌液浓度的升高抑藻效果更加明显,且达到最大抑藻效果的时间随菌液浓度的增加而缩短.该研究将为探究藻-菌相互关系及抑藻菌对米氏凯伦藻的抑制机制奠定良好的基础.

香蒲植物提取物的抑藻作用及其分离鉴定

对香蒲类植物的花粉蒲黄中的抑藻物质进行提取、分离、鉴定.分别用抑藻圈和半杀死剂量法研究其乙酸乙酯、丙酮、乙醚提取物的抑藻活性

脂肪酸类物质的抑藻效应及其构效关系

研究了17种脂肪酸对产毒铜绿微囊藻、蛋白核小球藻以及斜生栅藻的抑制效应,比较了脂肪酸抑藻的构效关系.结果表明,17种脂肪酸单独作用对研究的3种藻均有一定的抑制作用,但对产毒铜绿微囊藻的抑制作用最强.脂肪酸类物质抑藻效应与其化学结构密切相关,脂肪酸不饱和程度越高抑制作用越佳,碳链越短抑藻效果越好,奇数碳脂肪酸的抑藻效果好于偶数碳脂肪酸.多种脂肪酸联合抑藻具有协同抑制作用.

水体中真菌的抑藻效果及抑藻机理

如何控制、预测水体富营养化与蓝藻水华暴发已成为全球性重要课题,针对近年来国内淡水水体的富营养状态越发严重的现象,通过测定铜绿微囊藻的一些生理活性指标等来探究真菌及其滤液的抑藻效果。结果表明,真菌具有良好的抑藻效果,且真菌是通过分泌抑藻活性物质的方式来抑藻的。同时借助扫描电子显微镜和三维荧光等方法推测真菌分泌的抑藻物质主要包括类蛋白质和紫外类腐殖质,其中,类蛋白质和紫外类腐殖质物质不具备耐高温性。

基于化感物质释放特性的沉水植物抑藻作用模式研究进展

沉水植物对藻类的化感抑制作用,是沉水植物获取竞争优势和维持清水稳态的重要机制之一。化感物质是由植物产生并释放到水环境中的次生代谢产物,化感物质的有效释放和作用是实现沉水植物化感抑藻作用的关键环节。因此,在化感物质释放水平阐明沉水植物化感抑藻的作用模式、过程和机制具有重要意义。通过比较沉水植物化感物质释放到水环境中的种类、含量和常规急性毒性测试中化感物质的抑藻效果,发现沉水植物化感物质在释放水平上的作用模式不同于常规急性毒性试验中的单次作用。为了回答沉水植物化感物质在释放水平如何高效抑藻的问题,结合化感物质的释放特性,重点从化感物质的联合作用和持续作用等角度探讨沉水植物化感抑藻的作用模式,提出沉水植物可能通过多种化感物质低剂量持续释放的方式,实现对目标藻类的持续协同控制。今后有必要进一步结合沉水植物与目标藻类的共存系统与原位实验,借助分析化学、植物化学、细胞和分子生物学的技术手段,从生态学水平加强沉水植物化感抑藻作用机制研究。

稻草浸泡液的抑藻效果与抑藻活性组分的初步分析

通过XAD树脂固相萃取和GC-MS解析,研究了不同降解方式和降解时间的稻草浸泡液中的控藻活性组分与抑藻效果的关系。结果表明,稻草本身存在抑藻活性物质,低温浸泡4天的无菌稻草液在2.5 g/L投加量下,对微囊藻的抑制作用达到了69.3%。好氧和厌氧降解稻草浸泡液均可抑藻效果,如厌氧和好氧浸泡15天的稻草液在1.5 g/L浓度下对微囊藻的抑制作用分别为83%和81%。通过GC-MS检测,稻草浸泡液的活性物质组分主要有萘胺类、酯类和酚类,其中最为典型的酯类物质为邻苯二甲酸二丁酯以及其衍生物。随着稻草降解时间的延长,浸泡液中存在的有机物组分的种类与含量均有所减少,尤其好氧降解处理方式更为显著。稻草浸泡液抑藻物质和抑藻效果有明显的对应关系。

高效抑藻放线菌的筛选和活性

为了寻找抑杀微囊藻的放线菌,对江苏海洋滩涂土壤中分离到的放线菌进行了筛选,获得了1株对微囊藻有强烈抑杀作用的菌株YC0412。进一步实验表明这株放线菌对其它富营养水体中常见藻类,小球藻、栅藻、鱼腥藻和集胞藻都有不同的抑杀作用,藻的液体培养物中分别加入1/10体积的YC0412发酵液,培养3d后生长分别被抑制了32.4%,12.46%,32.9%,82.19%和32.57%,说明该菌的抑藻作用具有广谱性。通过对YC0412形态学特征、生理生化特性、细胞壁化学组分以及16SrDNA序列进行分析,结果表明YC0412为1株灰霉素链霉菌(Streptomyces griseinus)。为了弄清杀藻活性物质的性质,对YC0412发酵液分别采用乙酸乙酯和氯仿进行了抽提,测定结果显示,乙酸乙酯提取物有很好的杀藻作用,说明其活性产物应该是一种弱极性脂溶性物质。

水生植物对水体中氮、磷的吸收与抑藻效应的研究

研究了不同水生植物对富营养化水体氮、磷的净化效果及其抑藻效应。结果表明:金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、苦草(Vallisneria spiralis)、空心菜(Ipomoea aquatica)、浮萍(Lemna minor)和菹草(Potamogetom crispusLinn)对富营养化水体中总氮、总磷、硝态氮、氨氮都有较好的去除作用,其中以空心菜和金鱼藻效果最好。培养21d后的空心菜对总氮和硝态氮的吸收率分别为76.93%和71.9%;培养21d后的金鱼藻对总磷和氨氮的吸收率分别达到了93.15%和91.2%。水葫芦(Eichhornia crassipes)、金鱼藻、浮萍都具有较好的抑制藻类生长的作用,培养过以上3种水生植物的水体也表现出抑藻效应。

有效微生物群(EM)抑藻效应研究

通过细胞液体培养系统地考察了有效微生物群(EM)对3种常见"水华"藻类生长的抑制作用及适宜条件。实验结果表明:EM能显著抑制衣藻、四尾栅裂藻和盘星藻的生长,培养7d时,3种藻类生物量平均降低率分别达46 80%,99 07%和97 17%;培养温度、培养时间、EM投加量及培养基pH等对EM的抑藻作用均有不同程度的影响。EM发挥良好抑藻作用(绿藻)的适宜条件:培养温度为30℃,培养时间≤5d,EM投加量(V(EM)∶V(源水))为1∶1000～1∶10000,培养基pH为6 0～8 0。